CrWN涂层中W元素含量对涂层纳米硬度和热稳定性的影响

目的 探究氮气退火环境下不同W含量CrWN涂层微结构、纳米硬度及热稳定性能的演变规律.方法 采用等离子增强磁控溅射技术,制备不同W含量的CrWN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕、原子力显微镜(AFM)等分析方法,系统研究退火前后涂层的微结构、表面质量、尺寸精度、纳米力学与热稳定性能.结果 CrWN涂层由面心立方结构的CrN+W2N相组成,CrN层与W2N层交替沉积,并具有典型共格生长.随涂层中W含量的增加,涂层硬度从12.9 GPa增加至15.5 GPa,表面粗糙度降低,并趋于稳定.经过氮气环境退火后,随涂层中W含量的增加,与气氛中的微量杂质气体反应加剧,涂层硬度由13.5 GPa降低至5.2 GPa,表面氧化层WO3厚度增加,并导致涂层表面粗糙度和厚度增加.结论 CrWN涂层具有优异的表面质量及纳米力学性能,氮气退火过程中,氧化侵蚀反应导致CrWN涂层表面粗化、体积膨胀和力学降解.随涂层中W含量的增加,退火涂层表界面微结构损伤与性能退化效应加剧,氧化损伤是CrWN涂层玻璃精密模压成形应用中需考虑的关键因素之一.因此,CrWN涂层作为光学玻璃精密模压成形模具涂层使用时,应在高真空度或高纯惰性气体环境下工作.     

速度和载荷对凹坑织构乏油润滑摩擦学性能的影响

摩擦副表面加工特定的织构后会在不同速度和载荷以及严重乏油的条件下运行,比如设备的启停阶段。因此有必要研究极度乏油条件下速度和载荷对凹坑织构表面摩擦学性能的影响,为表面织构的实际应用进行前期探索。利用激光加工技术在45钢表面加工凹坑织构;在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,采用球-盘式分别对织构和未织构试样进行乏油滑动试验;利用三维表面轮廓仪和扫描电镜等分析试样表面的磨损形貌。结果表明:相比于未织构试样,凹坑织构在不同速度和载荷下均能有效延长摩擦面间的乏油润滑状态,有良好的减摩效果,可降低摩擦因数约68%～75%。载荷对织构表面的摩擦学性能影响较大,在一定范围内摩擦因数随着载荷的增大而降低;但载荷过高时,在摩擦后期会出现摩擦因数的突然升高,表面磨损严重。     

水性环氧粘结固体润滑涂层的摩擦学性能研究

水性环氧粘结固体润滑剂,以水作为分散介质,具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含VOC,是一类有很好的发展前景的环保型润滑剂。制备了一种环保型的含MoS2、石墨和Sb2O3的性能优良的水性环氧粘结固体润滑剂,其具有优异的理化性能和摩擦学性能,尤其是在微动磨损的条件下,其摩擦学性能优于有机溶剂型粘结固体润滑涂层对比样品。环保的摩擦学性能优异的水性环氧粘结固体润滑剂的制备,为环保型润滑剂的发展提供了很好的依据。     

石墨-磷酸铝铬润滑涂层的制备及其摩擦学性能

以磷酸H3PO4、氢氧化铝Al(OH)3和氧化铬CrO3为原料合成了磷酸铝铬胶黏剂(ACP),并制备了以该磷酸铝铬为胶黏剂,胶体石墨为固体润滑剂的粘结固体润滑涂层。研究了石墨与磷酸铝铬胶黏剂的质量比、磷酸铝铬胶黏剂中金属离子与磷酸根的比值、铬含量以及磷酸铝铬的合成温度对润滑涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明:磷酸铝铬胶黏剂的耐温性能优良,以磷酸铝铬为胶黏剂的石墨固体润滑涂层具有优异的减摩抗磨性能;磷酸铝铬胶黏剂的组成、分子结构对固体润滑涂层的摩擦磨损性能有较大影响,其中当磷酸铝铬胶黏剂中金属离子与磷酸根的比值(M∶P)为1∶3,铬铝比(Cr∶Al)为1∶3,合成温度为100~110℃时,石墨-磷酸铝铬润滑涂层的摩擦磨损性能最好。     

纳米材料固体润滑干膜摩擦学性能研究

通过对纳米材料的筛选、预处理、并与普通固体润滑剂充分研磨、搅拌等一系列工艺措施,开发出纳米材料固体润滑干膜。进行了纳米材料固体润滑干膜的摩擦磨损实验,表明纳米Ａｌ２Ｏ３可以大幅度提高体润滑干膜的耐磨性,延长了固体润滑干膜的使用寿命,拓宽了固体润滑材料的应用范围,为纳米材料固体润滑干膜的广泛应用提供了有力依据。     

水性二硫化钼基粘结固体润滑涂层制备及其摩擦学性能

为研制兼具环保性和良好摩擦学性能的水性粘接固体润滑涂层,以去离子水作为分散介质,水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂,二硫化钼为润滑剂,加以适量的润湿分散剂采用油漆喷涂工艺研制水性粘结固体润滑涂层,探究了粘结剂的固化温度以及润滑剂的含量对涂层力学和摩擦学性能的影响。结果表明,当固化温度为270℃时粘结剂可以完全固化,且此时涂层具有较高的显微硬度。涂层的摩擦因数随着润滑剂与粘结剂质量比的增大逐渐降低,而显微硬度和耐磨寿命呈现出先增大后减小的趋势,当润滑剂和粘结剂的质量比为1.7时,涂层具有较高的硬度和良好的抗磨减摩性能,此时耐磨寿命达到187 m/μm,稳定阶段的摩擦因数为0.11。     

20CrMo上沉积CrN涂层的力学性能及5W/40润滑下的摩擦学性能

在活塞销材料(20CrMo)上沉积了5种不同厚度的CrN涂层,研究其力学性能及发动机油5W/40润滑下的摩擦学性能。分别对CrN涂层的表面形貌、截面厚度、硬度、弹性模量和高温膜基结合性能进行了测试。探讨了不同接触压力和不同转速下CrN涂层与锡青铜(QSn7-0.2)配副以及基材20CrMo与QSn7-0.2配副在5W/40润滑下的摩擦学性能差异,并分析了接触电阻。结果表明:涂层沉积厚度对CrN涂层的硬度等力学参数的影响较小,但对高温膜基结合性能的影响较大。在5W/40润滑下,CrN涂层与QSn7-0.2配副在接触压力较大或较小的大部分区域都具有相对较低的摩擦因数,且磨损体积极小。     

面向水润滑条件磷酸盐黏结复合涂层的摩擦学性能研究

目的 实现海洋产业设备的不断优化,提高复合涂层在水环境下的摩擦学性能,扩大复合涂层在水环境中的应用。方法 通过添加不同含量的PS（聚苯乙烯微球）制备多孔磷酸盐黏结复合涂层,再将PAAM-alginate（聚丙烯酰胺-海藻酸盐）水凝胶真空压入多孔涂层中,并利用UV（紫外线）引发聚合,从而制备PAAM-alginate/磷酸盐黏结复合涂层。此外,利用多功能摩擦试验机、白光干涉仪、SEM和EDS等试验方法,对复合涂层在水环境中的摩擦学特性和微观结构进行研究。结果 PAAM-alginate水凝胶的压入,降低了复合涂层的表面粗糙度,平均为0.8μm。由于水凝胶较强的吸水和溶胀能力,改善了复合涂层的亲水性。PAAM-alginate水凝胶的水化润滑能力有效提高了复合涂层在水环境中的摩擦学性能。其中,具有4%PS的复合涂层显示出最佳摩擦学性能,平均摩擦系数由0.494降到了0.332,磨损率为1.18 mm3/(N·m),仅为0%PS的复合涂层磨损率的1/4。水环境下,4种不同PS含量的复合涂层的磨损形式都为疲劳磨损。结论适量地压入PAAM-alginate水凝胶可以降低复合涂层的表面粗糙度,提高...     

TaC-Ag涂层的结构和摩擦学性能

为了揭示银对TaC涂层结构和摩擦学性能的影响,采用磁控溅射技术在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了TaC和TaC-Ag涂层.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及纳米压痕仪等检测了涂层的结构、表面和截面形貌及硬度;通过高温摩擦磨损试验检测了涂层的高温摩擦学性能.结果表明:TaC涂层为柱状晶结构,择优取向为T...     

钨含量和摩擦条件对掺钨DLC涂层摩擦性能的影响

考察钨含量和摩擦条件对掺钨DLC涂层摩擦性能的影响。结果发现:随着钨含量的增加,DLC涂层摩擦系数明显增加;钨含量为3.1%(原子分数)的掺钨DLC涂层的耐磨性最好。在干摩擦条件下,低钨含量的DLC涂层摩擦系数随着载荷的增加而有所增加,高钨含量的DLC涂层在高载荷时具有较低的摩擦系数;高钨含量的DLC涂层的摩擦系数随着转速的增加而增加,但转速对纯DLC涂层的摩擦系数影响很小。掺钨DLC涂层的磨损主要是由Si3N4球压入试样表面时涂层在变形过程中的微观断裂和剥落引起的。     

油溶性纳米铜的制备及其在SF15W/40汽油机油中的摩擦学性能

采用液相化学还原法结合界面生长法,以醋酸铜为母体,维生素C (Vc)为还原剂,聚乙二醇2000为修饰剂,正丁醇为生长剂,制得粒度分布为18.2~80.2 nm、平均粒度为44.7 nm的油溶性球形纳米Cu样品。XRD分析表明样品的晶格常数膨胀率为1.478%。将样品添加到SF15W/40汽油机油中制得金属纳米润滑油。高浓度激光粒度仪检测表明,该金属纳米润滑油具有优异的分散稳定性。在UMT-Ⅱ摩擦磨损试验机上考察SF15W/40汽油机油、金属纳米润滑油的摩擦磨损性能。结果表明：与SF15W/40汽油机油相比,金属纳米润滑油较大程度降低了摩擦系数,减小了磨损量,显著改善了SF15W/40汽油机油的摩擦性能;纳米Cu的最佳添加量为0.8%     

ZrO2填充PI/EP–PTFE固体润滑涂层的制备及其摩擦学性能

目的 提高发动机铝合金轴瓦在温升的油润滑甚至干摩擦工况下的摩擦磨损性能。方法 设计4种不同添加量的ZrO2填充PI/EP–PTFE涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金基体表面制备涂层。通过摩擦磨损试验、纳米压痕试验、形貌特征及元素分布等测试试验,研究涂层在不同温度及不同润滑方式下的摩擦磨损性能。结果 涂层的硬度随ZrO2添加量的增加呈先增后减的趋势。在室温干摩擦工况下,涂层磨损率随ZrO2添加量的增加呈先减后增的趋势。当ZrO2添加量超过8%时,涂层进入动态平衡阶段的时间变长。4%ZrO2添加量的涂层性能最佳,室温干摩擦因数和磨损率分别为0.09和1.01×10^?6mm³/(N.m)。随着温度增加,摩擦因数呈先增后减的趋势,磨损率呈逐渐上升趋势。当ZrO2质量分数小于4%时,室温工况下涂层以黏着磨损为主;当添加量高于8%时,磨损机制以磨粒磨损为主。随着温度增加,涂层犁沟和磨损坑道更加明显。在油润滑工况下,摩擦因数和磨损量进一步减小。8 h油润滑和30 min干摩擦试验后,涂层出现磨痕深度高度相近,宽度不同现象。结论 在温升和不同摩擦接触状态下,涂层中高分子材料和ZrO2软化程度不均匀、大颗粒材料团聚、润滑油黏温特性是导致上述摩擦磨损变化的主要原因。     

润滑条件下WC-CoCr涂层的磨损行为

研究了在润滑条件下,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦和磨损性能,分析了加载载荷和润滑条件(干摩擦、润滑脂、金刚石研磨膏)对WC-CoCr涂层摩擦系数和磨损量的影响规律,对涂层的磨损机理进行了探讨。实验结果表明:脂润滑时,WC-CoCr涂层与SiC摩擦副对磨时的摩擦系数和磨损率降为最小,其中摩擦系数基本在0.1左右波动;金刚石研磨膏润滑时,磨损率高达1.521 24×10-6 g/m,为干摩擦条件下的2.68倍,抗磨减摩效果不理想;干摩擦时,涂层表面存在硬挤压痕,主要磨损机制为微切削并伴随着塑性变形,而在金刚石研磨膏润滑条件下,三体磨粒磨损起主导作用。     

Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下的耐磨损性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了厚度约为300μm的Fe基非晶纳米晶涂层。研究了Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下,不同速度(180r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min)、载荷(2.5N、5N、10N、20N、30N)对涂层的摩擦磨损行为。采用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和透射电镜对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析。试验结果表明:Fe基非晶纳米晶涂层组织均匀、结构致密,氧化物含量和孔隙率低,主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度(12.03GPa)和弹性模量(197.1GPa)。在载荷为30N、速度为300r/min、磨损时间为900s条件下,其相对耐磨性是3Cr13涂层的3倍。Fe基非晶纳米晶涂层的磨损失效机制为脆性疲劳剥落。     

微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能的影响

目的 探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法 通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价,以探究纳米粒子与织构刀具的协同作用对刀具切削性能的影响机制。结果 仿真结果表明,N-O-M切屑的等效塑性应变较小,切屑层较薄,与N-O-T相比,最大等效应力值降低了26.4%,平均切削力为232 N,刀具减摩效果最为明显;不同工况下平均切削力误差均控制在10%以内,试验值与仿真值高度一致;N-O-M磨损面积仅为1.95×10⁻² mm²,刀具表面无明显的黏结物和崩刃现象,磨损面积仅为N-O-T的39.8%;N-O-M切屑卷曲半径最小,已加工工件表面脊线较长,工件表面质量较优。结论 微量润滑工况下纳米粒子与表面织构的协同作用对提高刀具切削加工性能具有重要意义。微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜,织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面,持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式,促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态转变,实现减摩降磨的目标。     

钢铁表面有机涂层的耐蚀与摩擦性能的研究进展

钢铁材料由于其优异的力学性能广泛应用于各个领域,然而钢铁的腐蚀失效一直是人们困扰的问题。有机涂层因其优异的结合力、简单的制备工艺和出色的长期防腐性能常用于钢铁表面的腐蚀防护。有机涂层中材料种类、填料取向、改性方法等对涂层腐蚀性能和摩擦性能都有一定的影响。综述了近年来钢铁表面有机涂层耐蚀与摩擦性能的研究进展。首先从物理阻隔、牺牲阳极的阴极保护、自修复技术和超疏水技术4种提高有机涂层耐蚀性的方法入手,阐述了各种方法的基本原理,探讨了4种方法所制备的用于钢铁表面防护的有机涂层的防腐性能,并对目前各种方法所制备的有机涂层存在的问题以及改善措施进行了分析。接着主要从掺杂填料的角度,探究了不同填料对钢铁表面有机涂层摩擦性能的影响,提出了润滑相/增强相协同作用、软硬协同作用和自润滑微胶囊3种提高有机涂层摩擦性能的策略。最后总结了目前钢铁表面有机涂层面临的一些挑战,并对钢铁表面有机涂层的发展方向进行了展望。