超音速等离子喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与微动磨损性能

采用超音速等离子喷涂法在1045钢表面制备NiCr-Cr_3C_2涂层,分析涂层的微观结构及化学成分以及涂层的晶粒结构,利用MICROMET-6030显微硬度仪和Nano-test 600纳米压痕仪测定涂层的显微硬度与弹性模量,通过油润滑微动摩擦磨损试验测试涂层的微动磨损性能。结果表明,NiCr-Cr_3C_2涂层为明显的层状结构,具有单晶、纳米多晶与过渡区共存的复杂晶体学结构,显微硬度HV0.3高达998,约为基体材料硬度的3倍,弹性模量为224.6GPa;涂层的微动摩擦因数随载荷增大而减小,随温度升高而增大。喷涂层的抗微动摩擦磨损性能较基体优异,摩擦因数及体积磨损量分别比基体降低36.7%和55.6%。涂层的磨损机理以磨粒磨损和疲劳剥落为主。     

特种合金高温磨损的规律与机制

系统研究了900℃高温下,与SiC球对磨时,PTA-WC-1、HS-2、HT-3等材料的耐高温摩擦磨损性能。测量了高温摩擦磨损试验前后材料表面硬度、摩擦因数的变化;利用体视显微镜和扫描电镜(SEM)观察了磨痕形貌和深度;通过X射线能谱(EDX)分析了磨痕残留物成分。发现PTA-WC-1在硬度、磨痕深度和摩擦因数上的表现均劣于其他2种材料。其显微形貌和成分分析表明,正是高温下疏松易剥离的氧化层影响了材料的耐磨损性能。     

磁控溅射功率对NiAl涂层成分及显微组织的影响

为了研究溅射功率对涂层化学成分及微观组织演变的影响,通过磁控共溅射法在Si晶片上制备Ni-Al合金镀层。采用XRD、SEM及TEM等测试手段对涂层的物相组成及显微组织进行分析。结果表明:在高溅射功率下,可观察到亚稳态(Ni,Al)基体和Ni3A l析出物的显著结晶特征微观结构,在较低溅射功率下,沉积的涂层表现出固溶体多晶结构,(Ni,Al)基体和Ni3Al沉淀的涂层表现出比单一(Ni,Al)相更高的硬度。在溅射过程中,随着高能量的输入,Ni Al涂层逐渐形成了(Ni,Al)纳米晶和Ni3Al相。随Al溅射功率增大,Ni-Al涂层中Al的浓度增加,晶粒尺寸减小。磁控共溅射Ni-Al涂层的硬度变化可归因于晶粒尺寸和微观结构的演变。     

PVD溅射电流对SiC纤维表面Ti_3Al涂层组织结构的影响

采用磁控溅射物理气相沉积(PVD)法在SiC纤维表面进行Ti3Al涂层的制备,研究了该过程中PVD溅射电流对Ti3Al涂层组织结构的影响规律。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对Ti3Al涂层的沉积率、组成物相、晶粒大小、组织结构和表面形貌等进行了观察与分析。研究结果表明,磁控溅射PVD法制得的Ti3Al涂层组成物相与靶材一致,但涂层生长择优取向发生了变化。随着溅射电流的增大,Ti3Al涂层沉积率提高,平均晶粒尺寸增大。此外,涂层的微观形貌为柱状晶组织,但随着溅射电流的增加,涂层表面因粒子溅射辐照温度的升高而升温,同时晶粒边界出现迁移,涂层生长由V型柱状晶生长向等轴柱状晶生长转变,最后形成致密组织。涂层粗糙度的变化与涂层晶粒尺寸和微观结构有关,因此Ti3Al涂层表面粗糙度随着溅射电流增加呈现出先增大后减小的规律。     

热处理对Ni-W-GO复合镀层组织及性能的影响

氧化石墨烯（GO）因其独特的结构和特性引起了广泛研究.论文以GO纳米片为硬质相,采用直流电沉积方法在45#钢基体上制备了Ni-W-GO复合镀层,并对其进行不同温度下的真空热处理,通过SEM、XRD、显微硬度计及摩擦磨损试验机等分析了热处理前后复合镀层的组织结构、物相、力学性能及摩擦磨损性能,分析磨损机理.结果表明:热处理过程使复合镀层晶粒尺寸逐渐增大,并伴随有微裂纹出现和中间相颗粒析出;随着热处理温度的升高,复合镀层的显微硬度及磨损性能呈现出先增大后减小的趋势,且当热处理温度为350 ℃时,维氏硬度最高达840.      

激光功率对激光熔覆CeO_2改性316L涂层组织与性能的影响

针对海洋所需316L不锈钢在长期工作中,受海洋潮湿气候的影响,会发生严重腐蚀,从而影响船体正常工作的情况。拟采用激光熔覆的方式提高其表面性能,采用HGL-6000型CO_2气体型激光器在316L不锈钢表面熔覆一层通过添加CeO_2改性的316L粉末。通过将激光熔覆功率设置为2700,3000,3300 W来研究激光功率对熔覆层组织结构、硬度以及耐蚀性能的影响。分别用TK-C1381型金相显微镜(OM)和Zeiss-ΣIGMA HD型场发射扫描电子显微镜(SEM)进行显微组织的分析,采用HVS-1000型数显显微硬度计测量阶梯硬度,通过电化学装置测量极化曲线以及阻抗谱。实验结果表明:激光功率未改变熔覆层结构只影响熔覆层晶粒的尺寸变化,晶粒尺寸随激光功率的增大呈现先减小后增大的趋势,且当功率为3000 W时,晶粒最为细小。同时熔覆层硬度和耐蚀性也呈先增大后减小的趋势,激光熔覆功率为3000 W时,熔覆层硬度、耐蚀性等各项性能均为最优。     

HVAF 制备 WC 基涂层结构与滑动摩擦磨损性能研究

采用HVAF超音速火焰喷涂制备三种WC基金属陶瓷复合涂层以及金属涂层Ni60,对比分析了各涂层的微观形貌、硬度、沉积速率、滑动摩擦磨损性能。结果表明:HVAF超音速火焰喷涂制备的各涂层与基体结合良好、涂层结构致密,孔隙率1.5%;随着复合涂层中碳化物陶瓷增强颗粒的增加,各涂层的显微硬度增大,沉积速率降低;摩擦磨损试验显示WC-10Co-4Cr、WC-12Co涂层磨损量仅为金属涂层Ni60的1/20,表现出优异的耐滑动磨损性能。     

沉积工艺对磁控溅射TiAlN薄膜微观形貌及性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在Q235钢基体上制备了TiAlN薄膜,研究了沉积工艺参数对薄膜微观形貌、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律,通过扫描电镜、纳米力学探针、划痕测试仪对薄膜的微观形貌和力学性能进行表征,并利用盐雾试验和电化学极化测试研究了薄膜在含Cl-环境中的腐蚀行为。结果表明,随着N_2流量的升高,TiAlN薄膜的硬度和结合力先升高后降低,当N_2流量为10sccm时,薄膜具有最高的硬度和结合力,分别为30.7GPa和44.2N,其耐腐蚀性能最优。随着Al靶功率的增加,薄膜的硬度和结合力先增大后减小,当Al靶功率为90W时,薄膜的硬度和结合力达到了最大值,分别为28.6GPa和38.4N,具有最佳的抗腐蚀性能。随着基体温度的升高,薄膜的硬度和结合力逐渐增大,基体温度低于300℃时,增大幅度较明显,基体温度高于300℃时,二者增加幅度趋于平缓,薄膜表现出优异的耐腐蚀性能。     

N_2气压对CrWN涂层结构及性能影响

采用电弧离子镀技术制备CrWN涂层,研究沉积N_2气压对CrWN涂层的微观结构、形貌、沉积速率、硬度及摩擦学性能的影响。利用SEM,XRD和XPS检测/表征CrWN涂层的晶体结构、形貌及成分;利用硬度计、磨损仪和轮廓仪分别测试CrWN涂层的硬度、摩擦因数及磨损率。结果表明,CrWN涂层为面心立方结构,随着沉积N_2气压的升高,CrWN涂层的(111)和(200)衍射峰强度明显增强,涂层表面大颗粒数量和尺寸逐渐减小,沉积速率最高1.13mm/h;当N_2气压由0.5 Pa升高到1.0 Pa时,CrWN涂层的显微硬度(HV)由1 900增大到2 010,随着N_2气压进一步升高,CrWN涂层硬度有所降低;CrWN涂层平均摩擦因数稳定在0.5左右,在N_2气压2.0 Pa时磨损率达到最大值5.4×10~(-7)mm~3/(N·m),明显低于Cr N涂层的摩擦因数0.7和磨损率6.7×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

超细硬质合金WC晶粒大小对其摩擦磨损性能的影响

为了研究超细硬质合金WC晶粒大小对其摩擦磨损性能的影响,采用不同烧结工艺制得WC平均晶粒度分别为0.25、0.35、0.50μm的三种合金。通过密度天平、硬度计、摩擦磨损试验仪、三维轮廓扫描仪和扫描电镜等对合金进行表征分析。结果表明,合金的相对密度和硬度随着WC晶粒尺寸的增大而呈降低的趋势。WC平均晶粒度为0.25μm的合金,硬度高,往复摩擦过程能有效抵抗对磨球的作用,磨痕深度较浅,显示出较好的耐磨性能。当WC平均晶粒尺寸增加到0.35μm时,对磨球的侵入深度明显增加,合金的耐磨性能降低。继续增加WC平均晶粒尺寸到0.50μm,合金的硬度持续降低,磨损形貌中出现WC颗粒的破碎相,对磨球的侵入深度进一步增加,耐磨性能最差。     

Al2O3含量对Ni-W-Al2O3复合镀层性能的影响

采用直流电沉积技术在45#钢基体上制备Ni-W-Al2O3复合镀层,通过显微硬度计、摩擦磨损试验机、划痕仪等研究Al2O3颗粒含量对复合镀层的力学性能及摩擦磨损性能等的影响,并用SEM、XRD对复合镀层的表面断面形貌、物相结构进行分析.结果表明,Ni-W-Al2O3复合镀层为晶态结构,其耐磨性能明显优于Ni-W镀层,且随着Al2O3颗粒含量的增加,复合镀层的摩擦系数呈现出先减小后增大趋势.磨损形式主要表现为粘着磨损与磨粒磨损.复合镀层与基体之间结合牢固,结合力大小约为70~80 N.当Al2O3含量为5 g/L时,复合镀层的综合性能最优.     

Al_2O_3含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,研究Al_2O_3的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:Al_2O_3对材料摩擦磨损性能的影响与摩擦速度密切相关;随着Al_2O_3含量增加,材料的摩擦因数提高,密度降低,硬度增加,磨损量先减小后增大,Al_2O_3质量分数为9%时,复合材料的摩擦因数较高且稳定,磨损量最小。不含Al2O3的材料摩擦表面出现大量凹坑,磨损严重,随着Al_2O_3含量提高,凹坑数量减少,弥散分布的Al_2O_3粒子能强化基体表面强度,从而导致材料磨损量降低。     

热处理对Fe基非晶合金涂层的相组成及摩擦磨损行为的影响

采用爆炸喷涂技术在Q235不锈钢基体上制备Fe基非晶合金涂层,在500~700℃下对涂层进行热处理,研究热处理温度对涂层的相组成和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随热处理温度升高,涂层中非晶相含量明显减少,700℃热处理后,非晶相含量(体积分数)由热处理前的85.54%降至38.94%;热处理后涂层结构变得更致密;喷涂态涂层的平均显微硬度为1 095.6 HV0.05,500℃热处理后硬度变化不大,随热处理温度升高呈缓慢上升的趋势;与喷涂态涂层相比,500和600℃热处理后涂层的平均摩擦因数稍有增加,而700℃热处理后平均摩擦因数减小15%;热处理温度为600℃时涂层的磨损量较热处理前降低20%,耐磨性能最好,而热处理温度为700℃时涂层的质量磨损增大到热处理前的3倍以上,主要是涂层晶化相明显增加,氧化物含量增多,涂层变脆所致;磨损机制为则由喷漆态的粘着磨损向磨粒磨损,再到二者混合机制磨损转变。     

氮气流量对TiN 薄膜组织结构及力学性能的影响

采用磁控溅射方法在不锈钢表面沉积TiN薄膜,通过扫描电子显微镜、显微硬度计、CSPM5500扫描探针显微镜、X射线衍射仪、往复式摩擦磨损仪等分析测试手段,研究氮气流量对薄膜形貌、成分、结构、硬度、表面粗糙度、耐磨损等性能的影响.结果表明,随着氮气流量的增加,薄膜的显微硬度、膜厚都逐渐降低,膜基结合力逐渐增加,膜基结合力在16 mL/min时达到最大67.2 N;表面粗糙度和平均摩擦系数均在8 mL/min时最低.随着氮气流量增加,薄膜主要生长取向由(200)晶面转向(111)晶面生长;TiN薄膜的颜色也随氮气流量增大而加深,8 mL/min和12 mL/min时为金黄色,4 mL/min和16 mL/min时颜色较差.      

CrAlN/VN多层膜调制比对涂层性能的影响

为开发适用于干式切削的既硬又润滑的涂层,采用磁控溅射工艺制备调制周期厚度为20nm的CrAlN/VN多层膜结构涂层,研究不同CrAlN/VN调制比对涂层性能的影响;利用场发式电子探针(FE-EPMA)、掠入射X射线衍射分析仪(GIXRD)、场发式扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的微观结构和化学组成;利用纳米压痕仪表征涂层的纳米硬度和弹性模量;利用Ball-on-disc磨耗试验仪表征涂层的摩擦因数。结果表明:当CrAlN/VN的调制比为1∶2时,涂层具有最高硬度(21.8GPa);涂层与碳化钨合金的摩擦因数最低为0.26。随着CrAlN/VN调制比的增大或减小,伴随着CrAlN或VN子层厚度减薄,涂层的硬度有增强的趋势;随着VN含量的增加,涂层的摩擦因数略有下降。     

电弧喷涂含陶瓷颗粒铝基复合涂层的微结构和性能

采用5052半硬铝带分别包覆Al_2O_3、SiC、B_4C、TiC陶瓷颗粒制备的粉芯丝材进行电弧喷涂试验,制备了含陶瓷颗粒的铝基复合涂层。利用光学显微镜、XRD分析了涂层的微观组织和相结构,测试了复合涂层的显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性。研究结果表明,制备的铝基复合涂层中含有一定数量的未熔陶瓷颗粒,涂层较为致密,无明显缺陷。含陶瓷铝基涂层的物相主要由Al和所添加的陶瓷相构成,其中在含B_4C陶瓷涂层中还存在Al_3BC、Al_4C_3和AlB_2等新相。陶瓷颗粒的加入有利于提高铝基复合涂层的显微硬度,其中B_4C的加入使涂层中基体相显微硬度提高了1.5倍,这是由于B_4C陶瓷和Al反应生成Al_3BC、Al_4C_3和AlB_2硬质相。复合涂层的耐磨性均优于纯铝涂层,摩擦磨损的形式主要为粘着磨损。动电位极化腐蚀试验表明,含SiC和TiC陶瓷涂层具有较低的腐蚀电流,耐蚀性较好,含SiC陶瓷的复合涂层出现了明显的钝化现象。     

SiC含量对SiCp/Al复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金技术制备了SiC_p/Al复合材料,探讨了SiC颗粒质量分数对SiC_p/Al复合材料密度、布氏硬度、微观形貌以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,SiC颗粒表面形成了少量可提高界面结合性的Al₄C₃化合物。随着SiC质量分数增加,SiC_p/Al复合材料的密度没有明显的变化,当SiC质量分数增加至25%时,密度明显下降。SiC_p/Al复合材料的布氏硬度随着SiC质量分数的增加呈先增长后减小的变化趋势。当SiC质量分数为20%时,材料的硬度最优（HBW 114）,平均摩擦系数达到最大值（0.3425）,摩擦后试样表面形貌平整且犁沟较浅,SiC颗粒未出现明显剥落。     

Structural,Micromechanical and Tribological Characterization of Zn–Ni Coatings: Effect of Sulfate Bath Composition

Zn and Zn–Ni alloy coatings were electrodeposited on mild steel from sulfate-based bath containing Sn as additive. The effect of Ni content on the microstructure, morphology, microhardness and the tribological behavior of these coatings were studied and discussed. Adding Sn in the sulfate bath had a significant effect on the surface morphology, particularly on the Zn–8 wt% Ni coatings. By increasing the Ni concentration from 8 to 14 wt%, the X-ray patterns showed that the phase structure of Zn–Ni alloy coatings was changed from η-phase Ni₃Zn₂₂ to γ-phase Ni₅Zn₂₁. The plastic deformation and delamination were found to be wear mechanisms for the investigated coatings. While the Zn–14 wt% Ni alloys had the best wear resistance, Zn films had the most severe wear volume loss and the highest friction coefficient.