钛合金表面微弧氧化膜层磨损性能研究

采用微弧氧化技术,以硅酸钠、磷酸钠溶液为电解液,在TC4钛合金表面制备出高硬度、高耐磨的微弧氧化膜层。用扫描电镜观测了膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行了耐磨损和摩擦学性能实验。结果表明,膜层由过渡层、致密层和疏松层3层组成。其相组成主相为Al2TiO5,其次为Al2SiO5,并含有少量无定型SiO2。膜层的维氏硬度为8470MPa,是基体硬度的2倍多。采用45#钢作对磨副,载荷为5kg,磨损时间20min条件下,膜层的失重为0.25mg,仅为基体的8%左右。     

ZM5镁合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能研究

利用微弧氧化装置在硅酸盐体系中对ZM5镁合金进行了微弧氧化表面改性处理.采用XRD及SEM分析了ZM5镁合金微弧氧化陶瓷膜的形貌、组成和结构,并对微弧氧化陶瓷膜的硬度以及干式滑动摩擦磨损行为进行了研究.结果表明:微弧氧化膜由三层结构组成,主要由Mg2SiO4相和少量MgO相组成;可以显著提高镁合金基体的硬度和耐磨性,其室温滑动摩擦磨损机理为轻微犁削和粘附转移.     

医用钛合金的微弧氧化膜层组织及其磨损性能

采用微弧氧化方法对医用钛合金表面进行改性,利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对微弧氧化膜层的表面形貌和化学成分进行分析,通过小振幅往复摩擦磨损试验测量膜层的耐磨损性能.结果表明:钛合金经过微弧氧化表面处理后,所得膜层存在不同尺寸的放电微孔,氧化膜内层相对外层较为致密;膜层主要由大量金红石型TiO2相、非晶相SiO2及少量锐钛矿型TiO2相组成;与基体相比,微弧氧化膜层的初期摩擦因数从0.7降低至0.1,耐磨性提高.     

氧化时间对 ZA 43 合金微弧氧化膜摩擦磨损性能的影响

目的研究ZA43合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损特性随氧化时间的变化规律。方法制备微弧氧化时间不同的ZA43合金微弧氧化陶瓷膜样品,采用球-盘磨损方法进行摩擦磨损实验,分析陶瓷膜磨损前后的形貌、物相组成及元素组成,测试膜层厚度和显微硬度。结果陶瓷膜主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成。随着氧化时间的延长,陶瓷膜厚度和平均硬度逐渐增大。在干摩擦条件下,陶瓷膜的摩擦系数和磨损失重随氧化时间的延长而降低。结论随着氧化时间的延长,ZA43合金微弧氧化陶瓷膜的耐磨性逐渐提高,其磨损机制以磨粒磨损为主。     

钛合金微弧氧化陶瓷膜的生物摩擦磨损性能

利用微弧氧化技术,采用甘油磷酸钙和乙酸钙混合电解液体系,在Ti6A14V钛合金表面制备了富含Ca,P元素的多孔陶瓷膜,研究了微弧氧化陶瓷层的摩擦学性能。在25%小牛血清润滑条件下,与Si3N4陶瓷球的滑动摩擦实验结果显示,微弧氧化处理使磨损率降低了近一个数量级,表明微弧氧化膜层具有良好的耐磨损性能;与牛骨的微动摩擦实验结果显示,微弧氧化陶瓷层的摩擦系数高于Ti6A14V,而且位移振幅越大摩擦系数越高,说明微弧氧化处理能有效阻止植入假体与骨组织之间的微动。     

等离子表面合金化层摩擦磨损性能研究

利用辉光等离子渗金属技术,在低碳钢表面进行Ti-N和W-Cr合金元素共渗,达到改善其表层耐磨性的目的.经分析,结果表明:Ti-N合金元素共渗层形成了氮化钛沉积层和扩散层,厚度在10μm以上,平均硬度达到HV2300;Mo-Cr共渗层厚度在100μm以上,渗入合金元素Cr、Mo,表面含量分别达到4%和12%左右,随后进行的超饱和渗碳使表面含碳量达到2.0%以上,淬火及回火后表面硬度达到HV1300,超过一般冶金高速钢.Ti-N合金元素共渗层磨损曲线较平稳,平均摩擦系数较小,耐磨性比Mo-Cr共渗层要好.     

纳米石墨改性ZM5镁合金微弧氧化陶瓷层摩擦磨损性能

添加纳米石墨颗粒的硅酸盐溶液中制备ZM5合金微弧氧化陶瓷层,利用SEM、EDS和XRD分析了涂层的微观形貌、成分及物相组成,用球-盘干磨损试验对涂层的室温摩擦磨损行为进行研究。结果表明,纳米石墨改性微弧氧化陶瓷层主要由Mg2SiO4、少量的MgO、Mg和C相组成,石墨以机械形式分散于陶瓷层中并起到减摩作用。4.9N载荷下体积磨损率为9.19×10-5 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的1/3,ZM5基体的1/14;9.8N载荷下体积磨损率为1.44×10-4 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的2/5,ZM5基体的1/8,与无石墨微弧氧化陶瓷层相比显著提高了镁合金基体的耐磨性,且其室温干摩擦磨损机理为疲劳磨损,磨痕呈疲劳剥落形貌。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能,对MAO涂层进行了激光重熔改性,并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示,重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成,其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成,热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成,重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中,重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体,其磨损机制以粘着磨损为主,并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

磁场环境中的Mo-W喷涂层摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,并与6061铝合金组成摩擦副,进行了磁场环境下的摩擦磨损试验。通过场发射扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)分析涂层组织;采用X射线衍射仪分析涂层相组成;在不同磁感应强度(B)下测试了涂层显微硬度、表面氧浓度和表面温度。结果表明:随着磁感应强度的增加,Mo-W涂层的摩擦因数降低,磨损量有小幅减小。摩擦副表面的温度比不加磁场时有10~20℃的温升。磁场的施加对Mo-W涂层显微硬度值不会造成影响。Mo-W涂层磨损表面的氧含量随B的增加而变大。磨屑主要由表面覆有Al_2O_3的Mo-W合金微粒和Al_2O_3微粒组成,磨屑粒径随着B的增加逐渐变小。磁场在Mo-W涂层与6061铝合金的摩擦中主要有两个作用:一是提高摩擦副间的氧浓度,促进氧化磨损;二是使磨粒细化,降低摩擦因数。     

等离子喷涂纳米ZrO_2涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂法在钛合金(TC4)基体上制备纳米陶瓷涂层。研究了烧结型陶瓷、纳米陶瓷和纳米球化陶瓷涂层的微动摩擦磨损性能。结果表明:在微动磨损滑移区、不同载荷水平下,三种涂层均呈现相同的耐磨性规律,耐磨性能由好到差的顺序为纳米球化陶瓷纳米陶瓷烧结型陶瓷。     

超音速等离子喷涂Mo涂层的载流摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备Mo涂层，利用场发射扫描显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）观测涂层显微形貌与组织成分，分析了载流摩擦中的电接触模型及电弧成因，利用滑动式摩擦试验机研究了电流强度对涂层粗糙度、表面温升及摩擦磨损性能的影响。结果表明：制备的Mo涂层组织致密、氧化程度低，与基体结合方式为“机械铆合”；随电流增加，摩擦副间电弧能量急剧升高，起弧率与表面粗糙度先降低，后上升。其中收缩电阻和微电容产生的自感电动势促进了电弧形成；摩擦副表面的温升由摩擦热、焦耳热、电弧热共同决定，与电流强度呈正相关；摩擦因数受表面粗糙度、材料剪切强度、表面膜等因素共同影响，随电流增加呈下降趋势。此外，载流条件下会出现黏着磨损、氧化磨损、电弧烧蚀等磨损，加剧了涂层剥落与磨粒磨损，但形成的摩擦膜可以有效保护涂层，降低磨损率。     

复合梯度膜层摩擦磨损性能研究

应用离子渗氮与多弧离子镀复合技术,在40Cr基体上制备Ti0.33Al0.67N复合膜层,对梯度Ti0.33Al0.67N膜层与其他膜层的摩擦磨损性能进行了研究与对比。结果表明,Ti0.33Al0.67N膜层具有良好的耐磨损性能,是适合在高温环境下采用的耐磨涂层。     

等离子喷涂氧化锆涂层及激光重熔涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂制备了常规氧化锆涂层和纳米氧化锆涂层,并对制备的纳米氧化锆涂层进行了激光重熔处理,系统地研究了3种氧化锆涂层(常规、纳米和激光重熔涂层)在常温和高温下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米氧化锆涂层耐磨性能明显优于常规氧化锆涂层,而激光重熔处理后的纳米氧化锆涂层在常温和高温下,都表现出最低的摩擦系数和最好的耐磨性能.这3种涂层的表面粗糙程度、涂层孔隙率和裂纹状况明显不同,从而表现出不同的摩擦磨损特性;说明纳米粉末等离子喷涂结合激光重熔技术是提高氧化锆涂层性能的有效方法.     

不同环境条件下铝合金微弧氧化陶瓷膜的摩擦磨损性能

在2A12铝合金表面通过微弧氧化制备氧化铝陶瓷膜。用X射线衍射仪分析薄膜的相构成,用涡流测厚仪测量膜层的厚度,用自动转塔显微硬度计测量薄膜的显微硬度,利用微摩擦磨损试验机研究Al2O3薄膜/Si3N4球在干摩擦及水润滑下的摩擦磨损特性,用非接触表面三维形貌仪测量薄膜的磨损体积,并采用扫描电镜观察磨痕的表面形貌。结果表明:2A12铝合金微弧氧化陶瓷膜主要由α-Al2O3相和γ-Al2O3相组成;干摩擦时,薄膜主要发生磨粒磨损和疲劳磨损,摩擦因数随法向载荷和滑行速度的增大分别从0.79和0.82增加到0.87,磨损率则分别从4.07×10?5mm3/(N.m)和4.36×10?5mm3/(N.m)增加到9.69×10?5mm3/(N.m);水润滑时,薄膜主要发生摩擦化学磨损和疲劳磨损,摩擦因数随法向载荷和滑行速度的增大分别从0.69和0.67下降到0.65,磨损率则分别从3.84×10?5mm3/(N.m)和2.89×10?5mm3/(N.m)增加到4.47×10?5mm3/(N.m);薄膜在干摩擦时的摩擦因数和磨损率都大于相同实验参数下水润滑时的摩擦因数和磨损率,表明水介质有效地改善了体系的摩擦条件,降低了薄膜的磨损。     

表面微弧氧化处理对球拍钛合金摩擦磨损性能的影响

在TA1、TC10和TC4钛合金基材表面制备了微弧氧化膜层,研究了三种不同微弧氧化膜层的显微组织、表面粗糙度、硬度、磨损失重和摩擦磨损形貌。结果表明:在相同微弧氧化工艺下,TA1、TC10和TC4钛合金表面形成了形貌不同的微弧氧化膜层;经过微弧氧化处理后,TA1和TC10表面膜层的磨损失重都要小于基材,而TC4合金表面膜层的磨损失重要略高于基材;TC10合金表面膜层的磨损失重最小,具有最佳的抵抗摩擦磨损的特性;钛合金基材的磨损机制主要为粘着磨损和局部剥落;而三种微弧氧化膜层的磨损机制为粘着磨损,摩擦磨损形貌的观察结果与磨损失重测试结果较为吻合。     

SiC增强Ti-6Al-4V合金微弧氧化陶瓷层的摩擦磨损性能

采用微弧氧化方法,通过在电解液中掺杂不同粒径碳化硅颗粒,在Ti-6Al-4V合金表面制备含不同粒径碳化硅的陶瓷膜层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦磨损实验机研究了膜层的微观形貌、结构物相以及摩擦磨损性能。实验结果表明,碳化硅对钛合金微弧氧化膜层表面形貌以及摩擦磨损性能影响显著,较小粒径碳化硅颗粒引入微弧氧化膜层可以显著降低微弧氧化膜层孔隙率,增强膜层表面致密度,较大提高膜层减摩耐磨性能。其中1~2μm粒径的碳化硅对膜层耐磨性的提高效果最为显著。较大粒径碳化硅难以通过尺度较小的微弧氧化孔进入微弧氧化层,减摩耐磨性能提高较小。     

等离子喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层高温摩擦磨损性能研究

研究了等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层的高温磨损性能,与配对摩擦副相比,涂层在滑动摩擦440 m(6000个周期)之后,磨损深度和磨损体积很小,涂层在高温条件下具有优异的抗磨损性能,能够满足高温条件下的磨损要求。涂层的磨损机制主要为开始以氧化磨损为主,逐步过渡到以磨粒磨损和黏着磨损为主。经过上车试验证明NiCr-Cr3C2涂层可以应用于内燃机的气缸套。     

MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响

通过微弧氧化技术(Micro-arc oxidation, MAO)对TC4合金进行表面处理,探究了不同MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及高温真空摩擦磨损试验仪对膜层形貌、相成分、硬度以及摩擦学性能进行了测试。结果表明:随着MAO工作电压的升高,MAO-TC4合金表面膜层中锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂的含量随之增加,其表面粗糙度、显微硬度以及平均摩擦因数亦随之增大,磨损率先降低后增大。当MAO工作电压为280 V时,磨损率最小,为2.8 mg/cm²,摩擦磨损性能最佳。     

等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织与摩擦磨损性能研究

目的 研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法 采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果 两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层与基体界面结合效果良好。等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层为层片状组织,层间可见微裂纹,孔隙率较高;超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织均匀,无明显微裂纹,可见少量微小孔隙。物相分析表明,等离子喷涂涂层由NiCr、Cr3C2和Cr7C3相组成,而超音速火焰喷涂涂层由NiCr和Cr3C2相组成。超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的耐磨性优于等离子喷涂涂层,等离子喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层的稳态摩擦系数分别为0.4和0.6。随载荷升高,两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层摩擦系数均显著下降。磨损后,等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层表面具有明显的凹痕和剥落,而超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层磨痕表面较光滑,未见明显剥落。两种工艺制备的涂层磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性,等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层的减摩性较好。     

大气等离子喷涂FeCoCrNiAl高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究环境温度对FeCoCrNiAl高熵合金涂层摩擦磨损性能的影响,探讨将其应用于高温及富氧环境中的可行性。方法 采用大气等离子喷涂制备FeCoCrNiAl高熵合金涂层,考察喷涂功率对涂层微观组织的影响;测试涂层的纳米力学性能,分析其对涂层摩擦磨损性能的影响;基于涂层及对偶磨球磨损表面形貌、元素分布及含量、物相组成,讨论涂层在室温及高温环境中的摩擦磨损特性与机制。结果 涂层中形成了白色、浅灰色、深灰色及黑色4种区域,区域颜色随O元素含量增加而加深,涂层纳米力学性能逐渐增加,进而将对其摩擦磨损性能造成影响。20 kW喷涂功率制备涂层的室温摩擦因数、磨损率及磨痕深度均达最佳值,分别为(0.70±0.02)、(9.22±0.01)×10^-5 mm³/(N·m)及(130±10)μm。室温环境下,磨粒磨损、疲劳磨损及塑性变形为涂层的主要磨损机制。20 kW功率制备涂层的摩擦因数、磨损率、磨痕深度等均随摩擦环境温度的升高先增加而后降低,经600℃摩擦试验后分别低至(0.58±0.01)、(6.14±0.01)×10^-5 mm<...