MoS2/钴基自润滑涂层及高温摩擦学性能

采用热压烧结技术在GH4169镍合金表面制备了CoCrNi-(3.0wt%,5.0wt%,7.0wt%) MoS2三种钴基高温自润滑涂层,并优化了MoS2的含量。采用球-盘式高温摩擦试验机,与Si3N4球配副,系统研究了温度、速度与载荷对涂层高温（20~800 ℃）摩擦学性能的影响。采用X射线衍射仪和扫描电镜等分析了涂层的物相成分和微观形貌。通过热冲击实验测试涂层的结合强度。结果表明：MoS2与金属元素反应生成了固体润滑相Mo2S3和CrxSy;涂层与基底具有良好的界面结构;涂层主要由γ(fcc)、ε(hcp)、CrxNiy和固体润滑相（Mo2S3、CrxSy）构成。低温条件下,随着MoS2含量的增加涂层的摩擦系数逐渐降低,高温条件下,由于磨损表面形成了由铬酸盐、氧化物和硫化物组成的固体润滑膜,涂层具有了优异的高温减摩耐磨性能;宽温域内钴基涂层的磨损率保持在5.5×10-5 mm3N-1m-1以下,在20~600 ℃范围内其抗磨损性能比基底高4~17倍,5.0wt%的MoS2对钴基涂层的高温摩擦学性能优化效果最佳。     

不同载荷下镍基自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为了拓展所制备的镍基自润滑耐磨复合涂层的应用领域,基于前期研究基础,在HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究涂层在300℃不同载荷下的摩擦磨损行为,利用SEM和EDS对磨损表面进行了形貌观察与成分分析,研究其摩擦磨损机理。结果表明:该复合涂层的摩擦系数及磨损率都随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势;当载荷较低(2 N)时,涂层的磨损表面出现少量分散的磨屑;在中等载荷(5 N)下,磨损表面光滑平整,涂层中的润滑颗粒被挤压出磨损表面形成润滑膜,导致涂层具有良好摩擦磨损性能;随着载荷的增大,达到10 N时,磨损表面出现犁沟及部分由于硬质相碳化物和润滑颗粒剥落而形成的凹坑。     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 涂层的制备及摩擦性能研究

目的制备等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层,并研究该涂层的摩擦性能和磨损机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆和固相合金化技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。用SEM和XRD等手段分析粉体和涂层的显微结构和物相组成,研究涂层从室温到800℃的摩擦磨损性能,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层在室温和高温下的磨损机理。结果 Al2O3颗粒表面均匀包覆着一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度大约为3~5μm;等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层呈典型的层状结构,涂层各层间结合良好,涂层中孔隙率约为2.84%,主晶相为Ni Cr Al合金相和Al2O3相。涂层的摩擦系数随温度的升高逐渐降低,在室温下约为0.64,800℃时在0.4以下。高温下,金属氧化物的形成是摩擦系数降低的主要原因。涂层的磨损率随温度的升高先升高后降低。涂层在低温下为脆性断裂和磨粒磨损,高温下为氧化磨损、磨粒磨损、塑性变形和金属氧化物的转移。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层是一种性能优良的高温固体润滑耐磨涂层。     

纳米-亚微米MoS2涂层的结构和摩擦性能

利用等离子喷沫技术在GCr15钢表面制备了纳米-亚微米MoS2固体润滑涂层。采用MHK-500型摩擦磨损试验机在油润滑条件下测试了MoS2涂层的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析了涂层的表面和断面的磨损形貌以及涂层的物相组成。结果表明，纳米-亚微米MoS2涂层的物相主要为六方的MoS2，还有少量的Mo,Mo2S3和MoO3。涂层的晶粒尺寸在100-400nm。与GCr15钢原始表面相比，纳米-亚微米MoS2涂层的减摩耐磨性有了明显的提高。摩擦系数降低近1倍，在载荷为375N的条件下，磨损量也降低近1倍。     

Ni60A／MoS2复合涂层设计及磨损失效机理

在结合涂层形成过程及原理、润滑涂层结构和涂层结合机理的基础上,对等离子喷涂Ni60A/MoS2复合润滑涂层的结构进行了设计,并对其磨损失效机理进行了探讨.研究表明:复合润滑耐磨涂层以NiCrAl合金粉末作为粘结层,Ni60A+La2O3+MoS2作为预涂层,可改善涂层界面的结合状况,致使涂层的组织和物化性能呈连续的过渡,大幅度地改善涂层材料的力学和耐磨性能.Ni60A/MoS2复合润滑涂层磨损失效机理随MoS2组元的含量不同而变化.未添加MoS2的喷涂涂层的主要磨损机理为磨粒磨损.随着MoS2含量的增加,润滑涂层的主要磨损机理由磨粒磨损向疲劳磨损,并过渡到粘着磨损.     

等离子喷涂Cr3C2/NiCr金属陶瓷基高温润滑涂层的摩擦学行为研究

目的 探讨和研究Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层与ZrO2配副在宽温域（室温~800 ℃）内的摩擦磨损行为和磨损机理。方法 以Cr3C2/NiCr作为基底材料,CaF2、Ag、MoO3作为固体润滑剂,采用大气等离子喷涂技术在718高温合金钢基体表面,制备Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层。采用UMT-3高温摩擦磨损实验机评价涂层从室温~800 ℃的摩擦磨损性能,采用显微硬度计和万能材料实验机测试涂层的显微硬度和粘结强度,采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱仪分析涂层的显微结构、物相组成和磨痕的微观形貌。结果Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2金属陶瓷涂层结构致密,显微硬度和结合强度均随着固体润滑剂含量的增加而有所下降,结合强度分别为46.45、36.65 MPa,显微硬度分别为524.61HV0.3、478.29HV0.3。涂层的摩擦系数和磨损率均随着温度的升高而降低,800 ℃时Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2涂层的摩擦系数和磨损率最低,最低摩擦系数分别为0.30和0.19,最低磨损率分别为3.84×10-5、2.89×10-5 mm3/(N?m)。 结论 CaF2可以改善600 ℃以上的摩擦学性能,Ag、CaF2、MoO3在涂层磨损表面发生摩擦化学反应生成的钼酸银和钼酸钙,可以有效地改善Cr3C2/NiCr涂层在600 ℃以上的摩擦学性能。     

MoS2/C复合薄膜多环境摩擦学行为的研究

目的 考察不同摩擦环境（真空、PAO、不同对磨副和温度）对MoS2/C复合薄膜摩擦性能的影响,并探究其摩擦磨损机理。方法 使用直流磁控溅射技术（DCMS）和高功率脉冲磁控溅射技术（HiPIMS）在高速钢和硅基底上沉积MoS2/C复合薄膜。利用多功能摩擦试验机表征薄膜在空气、PAO、不同温度条件下的摩擦学行为。利用真空摩擦试验机表征薄膜在真空及不同对磨副条件下的摩擦性能。利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）及共聚焦激光拉曼光谱仪,分析摩擦测试后,薄膜和对磨副上的形貌、磨屑成分等。结果 真空下,除氧化锆外,其他对磨副均使薄膜迅速失效。MoS2含量超过50%时,薄膜可以在真空中维持较低的摩擦系数,约为0.1。PAO环境下,边界润滑阶段摩擦系数为0.08,流体润滑阶段摩擦系数最高为0.1。随着温度从25 ℃升高至450 ℃,薄膜摩擦系数由0.09降低至0.026,450 ℃下,薄膜在700 s时失效。结论 真空下,氧化锆和氧化铝作为对磨副可以降低MoS2/C复合薄膜的粘着性,且复合薄膜中MoS2含量超过50%,可以展示出更好的摩擦性能。PAO油润滑环境下,摩擦行为主要取决于PAO的性质。高温环境下,更高的石墨化程度与MoS2再结晶可以降低薄膜的摩擦系数。     

二维纳米片状MoS2的制备及其作为润滑添加剂的减摩抗磨性能

目的 探究具有超薄结构的二维纳米片状MoS2的制备方法及其在发动机润滑油中的减摩抗磨性能。方法 以七钼酸铵和硫脲为反应前驱物,油胺为反应溶剂,采用原位表面法制备出表面修饰有油胺分子的二维纳米片状MoS2。利用透射电镜（TEM）、红外光谱分析仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）表征纳米片状MoS2的形貌特征、表面状态及化学组成。采用球盘式摩擦磨损试验机对其作为润滑添加剂在发动机润滑油中的摩擦学性能进行考察,并通过三维共聚焦表面形貌仪、扫描电镜和X射线光电子能谱仪对磨痕进行分析。结果 所制备的具有超薄结构的二维纳米片状MoS2在发动机润滑油中具有良好的减摩和抗磨性能,当其添加量为3%时,摩擦系数降低27.1%,磨斑直径降低17.17%。在150 ℃高温下,使用纯发动机润滑油进行润滑时,摩擦初始阶段的摩擦系数高达0.5,出现润滑失效现象。然而,使用添加有3%二维纳米片状MoS2的润滑油进行润滑,150 ℃高温下的摩擦系数在整个实验过程中都比较平稳,磨损体积和最大磨痕深度为纯发动机润滑油润滑时的23.44%和28.53%。结论 在摩擦过程中,两摩擦表面处于边界润滑状态,所制备的二维纳米片状MoS2随润滑油进入摩擦接触区,发挥良好的润滑效果。特别是在高温下,当发动机润滑油润滑失效时,二维纳米片状MoS2在摩擦表面生成富含MoS2的摩擦化学反应膜填充修复磨损表面,起到润滑作用。     

MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层的制备和摩擦学行为研究

目的 采用两步法在铝合金表面制备MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,并考察其摩擦磨损行为特点。方法 通过微弧氧化(MAO)技术和原位水热法在7075铝合金表面构筑MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱对膜层的微观形貌和组成进行表征。利用摩擦试验机测试试样的摩擦性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕形貌。结果 MAO膜层主要由Al2O3构成,含有少量SiO2,表面为典型的多孔结构,存在大量微孔,粗糙度较大。MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层中的MoS2颗粒较均匀地填充在MAO微孔中,并覆盖在凹陷内,使得表面平整光滑而致密。摩擦测试结果表明,MAO涂层能够提高基体的承载能力,但其摩擦因数较大,波动较大。MoS2膜层为MAO提供了良好的润滑改性作用,使其摩擦因数减小。结论 MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层能够显著提高基体的摩擦磨损性能。在低载荷下,MAO硬质涂层起着很好的承载作用,MoS2颗粒层起着润滑减磨作用,使摩擦因数始终较低且平稳;在高载荷下,MAO层表面的微凸体在应力作用下破碎,硬质磨粒和MoS2颗粒分布在磨损面,部分被挤出磨痕区,导致摩擦因数不断增大。     

等离子喷涂NiAl-MoO3/BaO复合涂层的高温摩擦学性能及润滑机理研究

目的 根据氧化物润滑离子势和阳离子极化率判据,研究MoO3/BaO复合对等离子喷涂NiAl基复合涂层的高温摩擦学性能影响,并阐明复合涂层的高温润滑机理。方法 采用等离子喷涂技术(APS)制备MoO3/BaO(1∶1)质量分数分别为20%、30%、40%的复合涂层。采用显微硬度计、万能材料试验机、摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度、结合强度、摩擦学性能。通过扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍 射仪(XRD)、激光拉曼散射仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析涂层的微观组织结构、磨损表面形貌、物相结构等。结果 选用互作用参数较低和离子势差较大的MoO3/BaO作为复配润滑剂制备的NiAl-MoO3/BaO复合涂层有效改善了NiAl涂层的高温摩擦学性能,特别是NiAl-30% MoO3/BaO(1∶1)的复合涂层在800 ℃具有较低的摩擦系数(0.15)和磨损率(9.31×10^–5mm³/(N.m))。结论 复合涂层在600 ℃以上具有良好的减摩性能,高温促进了磨损表面形成新的三元高温润滑相BaMoO4、NiMoO4,并与MoO3 和NiO起到协同润滑作用,显著提升了复合涂层的高温摩擦磨损性能,同时摩擦对偶表面形成的复合氧化物润滑转移膜,降低了涂层的磨损率。     

Study of the influence of phase composition and iron content on the formability characteristics of zinc-iron electroplated sheet steel

This study focuses on the relationship between coating composition and deformation and friction behavior of zinc-iron electroplated sheet steel. The influence of phase composition and microhardness of the deposits and the electrodeposition process parameters on the mechanical properties of the material were determined. The influence of coating composition on the friction and galling behavior was also investigated. Both V-bend test and cup test were used to evaluate the influence of the iron content on the powdering and flaking behavior of the deposits. Finally, the adhesion of the coating to the substrate was studied by lap shear tests. Although the soft η phase appears to be the main component in zinc-iron coatings with less than 16 wt% Fe, Γ₁ particles were observed even at low iron contents. As the iron content in the coating increases, the Γ₁ fraction increases and the coating becomes harder and more brittle. Above 16 wt% Fe the deposits start to show substantial powdering and flaking during deformation. At iron contents above 30 wt%, bending of the coated product results in total coating delamination. At low iron contents, zinc-iron electroplated sheet steel exhibits a superior deformation behavior, and both cup tests and flat die tests proved the suitability of the coating for deep drawing.     

NiCrBSi-Mo与QSn-Ni/C涂层摩擦副摩擦磨损性能研究*

采用超音速等离子喷涂制备了NiCrBSiMo和QSn-Ni／C涂层，测试了这种摩擦副涂层的常规性能与摩擦磨损性能。结果表明，所获得的涂层孔隙率低，分别为0．82％（NiCrBSi-Mo涂层）、0．76％（QSn-Ni／C涂层），结合强度高，分别为62.2MPa、28．9MPa，两种涂层摩擦副摩擦因数（0．0043）仅为块体材料18Cr2Ni4WA与ZQPb30摩擦副（0．0093）的1／2，相应磨损量（1．1mg／h）也仪为块体材料磨损量（15．6mg／h）的1／15，显示出涂层摩擦副优异的减摩耐磨性能。     

Comparison of tribological properties of industrial low friction coatings

MX2(M= Mo, W; X=S, Se) and DLC (a-C: H and WC/C) are the two kinds of typical low friction coatings widely used in industry. The friction and wear properties of these two kinds of coatings marked as MOVIC,MOST, MoSez/Ni, WSez, a-C: H and WC/C coatings were determined by fretting tests in ambient air of different humidity. The results show that the coefficient of friction of MXz coatings increases when the relative humidity of air increases whereas the coefficient of friction DLC coatings decreases with the increasing of relative humidity. MOVIC and WSe2 coatings have a poor friction and wear resistance because of non-basal planes (100) and ( 101 ) parallel to the surface in the MOVIC coating, or the rough and porous surface of WSe2 coatings. Among these six coatings, MoSe2/Ni and WC/C eoatinas have the highest wear resistance which seems to be unaffected by the relative humidity.     

Graphit-ic涂层模具微挤压成形及数值模拟

运用闭合场非平衡磁控溅射方法 (CFUBMSIP)在微型杯状零件挤压模具成形部位的表面镀上一层约2μm厚度的石墨微晶结构的低摩擦系数、高耐磨性的固体自润滑Graphit-ic涂层,挤压成形出材质为CuZn33铜合金圆柱形微型杯,其壁厚0.45mm,外部直径为2.9mm,内部直径为2mm。通过DEFORM软件模拟零件的成形过程,分析成形过程中的金属流动规律。研究发现,所镀涂层能起到良好的自润滑效果,可减小由于成形零件的微型化带来的摩擦效应,为微挤压成形的研究提供了一种新的润滑思路。     

金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展

对金属基复合材料涂层的减摩抗磨性能和制动摩擦性能、涂层的摩擦磨损机理和影响涂层摩擦磨损性能若干因素的研究现状进行了综述，并指出有关涂层材料与基体的匹配规律、不同基材上涂层制备工艺的优化、多组元涂层及多层涂层的设计和制备工艺、纳米尺度涂层技术、涂层内应力的控制、涂层减摩抗摩机理以及制动摩擦机理等方面是今后在金属基复合材料涂层摩擦学方面值得进一步研究的问题。     

表面织构润滑减摩的国内外研究现状及进展

表面织构是源自于自然界生物非光滑表面的微纳米结构,这些微观结构使得生物在进化过程中呈现出优异的自润滑和抗磨减摩性能.国内外研究也一致表明,表面织构是改善表界面摩擦学特性的一种有效手段,可使材料表面实现自润滑效果,并且能够减少摩擦磨损带来的机械设备提前失效和能源耗损.从表面织构的形态特征及其作用机制出发,对近年来表面织构在润滑减摩方面的国内外研究现状及进展进行调研分析.讨论了表面织构形状(规则织构、不规则织构等)、织构分布形式(全织构分布、部分织构分布等)、织构几何参数(深度、面积比、深径比等)、工况参数(载荷、速度等)等因素,对织构化表面润滑减摩性能的影响,同时总结了表面织构润滑减摩作用机制研究中面临的难题.提出未来应重点开展极端工况、混合润滑状态下多类型复合织构的润滑减摩作用机制,考虑动态磨损的表面粗糙度与织构协同作用润滑减摩规律和仿生微织构与涂层耦合作用下抗磨性能等方面的研究,从而进一步推动表面织构在润滑减摩领域的工程应用.     

金属-纳米金刚石复合镀层的摩擦磨损性能

本文研究在正交优化工艺条件下获得的镍-钴-纳米金刚石复合电镀层的摩擦学性能，镀层致密无孔隙．讨论了纳米金刚石的加入对镀层组织的影响。结果表明，纳米金刚石的加入，使镍-钴合金层的组织细化，不加纳米金刚石的镀层晶粒尺寸约为0．5—0．6μm，加纳米金刚石的镀层晶粒尺寸约为0．1-0．2μm。镍钴合金镀层的摩擦系数为0．35左右，寿命在摩擦半径为14m时平均为0．022km。纳米金刚石复合镀层摩擦系数为0．3左右。镀层寿命在摩擦半径为14m时为0．15km。并使摩擦磨损性能显著提高。     

Graphit—ic与Dymon—ic薄膜的结构与性能研究

用全封闭非平衡磁控溅射技术制备Graphit—ic和Dymon—ic薄膜。利用SEM，AFM，TEM，XRD，纳米压痕仪，高温摩擦磨损试验机等研究了薄膜的微观结构、表面形貌、显微硬度以及摩擦磨损性能。结果表明：Graphit—ic薄膜和Dymon—ic薄膜均由非晶组织构成，薄膜均匀、致密，粗糙度小：Graphit—ic薄膜的显微硬度低于Dymon—ic薄膜；同时，在干摩擦条件下，Graphit—ic薄膜和Dymon—ic薄膜与GCr15钢球对磨时显示出良好的耐磨减摩性能，Graphit—ic薄膜的摩擦系数低于Dymon—ic薄膜，但其比磨损率却高于Dymon—ic薄膜。     

模拟封严涂层工况的刮擦式摩擦磨损试验机*

自主研发了模拟高速高温工况专用于评价封严涂层/对偶件服役性能的刮擦式摩擦磨损试验机。通过电主轴直接驱动负载主轴的方式保证高速刮擦过程中,转动样品能够平稳的运转;采用精密进给系统使得试验过程中平动样品能够精确的向转动样品移动;通过辐照聚光加热设备可将样品加热到需要的温度,进而完成所需的高温试验;采用高频响、石英压电三向传感器能够准确的采集到试验过程中的刮擦力信息;通过自行开发的快速数据采集系统现实了对海量试验数据的准确的采集、存储和输出功能。经实车测试,该试验机的刮擦速度最高可达160m/s,最高加热温度可达1 200℃,刮擦力的测量范围为10～1 000N,可同时记录刮擦力、刮擦温度、扭矩和转速等所需信息。     

离子源增强电弧离子镀活塞环表面CrN涂层的制备

为了寻求发动机核心部件活塞环上电镀硬铬的替代技术,采用自行设计的离子源增强阴极电弧离子镀系统,在W18Cr4V高速钢试块上制备了不同厚度的CrN涂层,用XRD、SEM分析涂层的晶体结构、表面形貌和厚度;利用显微硬度计和球盘式摩擦仪分析了涂层厚度对力学性能的影响。结果表明:随着厚度的增加,CrN涂层结晶结构没有明显变化,2.5μm厚CrN涂层硬度达1 900 HV0.05,最低摩擦因数0.6,最低磨损速率2.664×10~(-6) mm~3/N·m。对CrN涂层和电镀硬铬ASL817钢质活塞环进行珩磨测试,在珩磨2 400次之后,CrN涂层钢质活塞环出现较大孔洞(50μm),但没有涂层脱落,具有良好的附着力,工作间隙变化不大;电镀硬铬活塞环涂层磨损较CrN涂层严重,工作间隙开始变大;珩磨12 000次后电镀硬铬活塞环工作间隙达到允许最大值,CrN涂层活塞环依保持正常工作间隙,耐磨性更好。