单摆冲击划痕法及其在磨粒磨损和冲蚀磨损研究中的应用

为了促进新近发展起来的单摆冲击划痕法在磨损研究领域的应用，考察材料在单摆冲击划痕条件下的磨损规律，弄清这种方法与平稳加载滑动磨粒磨损及冲击加载喷砂冲蚀之间的关系，采用单摆冲击划痕法、滑动磨粒磨损和喷砂冲蚀３种试验方法，研究了几种纯金属和合金材料的磨损行为．结果表明：在单摆冲击划痕过程中，比能耗（材料产生单位体积划痕所消耗的能量）与材料的切向动态硬度之间有较好的线性关系，二者都可以用作单摆冲击划痕法评价材料耐磨性的指标；材料的法向动态硬度与显微硬度有较好的线性关系，而且法向动态硬度能够更准确地反映材料在平稳加载条件下的抗磨能力     

刮擦线速度对TC4叶片与Ni-G封严涂层磨损行为的影响

利用高速刮擦试验机模拟了压气机叶片与封严涂层的刮擦行为,研究了TC4（钛合金）叶片材料与Ni-G（镍-石墨）封严涂层体系在线速度30~150 m/s范围内的磨损行为.通过对叶片样品端面及涂层样品磨痕的SEM-EDS、XPS分析和涂层样品磨痕表面的显微硬度测试,探讨了对摩体系的磨损机制.结果表明：随着线速度的增大,叶片样品的磨损率呈现先升后降的趋势;在低线速度下涂层样品致密化使叶片样品磨损轻微,中等线速度下叶片样品与涂层样品磨痕中高硬度转移层的刮擦造成叶片样品磨损加剧,高线速度下叶片样品端面较厚氧化膜减轻叶片材料向涂层的转移导致叶片样品磨损下降.     

三种热喷涂涂层耐磨性能的研究

通过采用平稳加载往复滑动和动态加载冲击划痕 2种试验条件 ,研究了以钴基合金为重点的 3种热喷涂涂层的耐磨性 ,并初步探讨了其磨损机理 .结果表明 :3种涂层在滑动摩擦过程中的磨损机制为微切削和犁削 ;在冲击划痕条件下材料流失方式则以凿削和断裂为主 .试验结果证实 ,热喷涂涂层的耐磨性不仅与其宏观硬度有关 ,还与涂层的塑性、脆性及内聚强度密切相关     

WC-Co-Cr涂层的孔率和层状结构对冲蚀行为的影响

用3种高速火焰热喷涂设备将6种商业粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成结构不同的WC-Co-Cr涂层。用自行研制的料浆罐冲蚀试验机对9种涂层和基材的冲蚀行为进行研究,重点分析气孔率和层状结构对涂层耐冲蚀性能的影响。结果表明：气孔率和层状结构均降低了涂层的耐冲蚀性能,低速低料浆浓度时,气孔率对涂层耐冲蚀能力的影响较层状结构严重,气孔率高的涂层耐冲蚀性能甚至不如基材;高速和高料浆浓度时,层状结构明显的涂层耐冲蚀性能更差。本文探讨了利用单摆冲击划痕法测定涂层比能耗来定量表征层状结构的有效性,讨论了利用涂层气孔率和比能耗的测量结果推测其耐冲蚀性能的可能性。     

CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.     

纳米化纯铁在干摩擦及油润滑条件下的磨损行为研究

利用往复摩擦磨损试验机研究了深度轧制纳米化纯铁及其退火态和普通轧态纯铁在干摩擦和油润滑下的磨损行为,采用冲击划痕法和声发射划痕法研究材料的塑性变形能力,并对纳米化影响纯铁磨损行为的原因进行初步探讨.结果表明,在干摩擦条件下深度轧制纯铁的抗磨粒磨损性能较普通轧态纯铁差,抗犁削能力也较弱;在油润滑条件下,深度轧制纯铁显示出优良的耐磨性;经深度轧制后,纳米化纯铁具有较高的表面活性,但同时由于塑性的丧失只能承受较小的剪切力.     

等离子喷涂镍基合金涂层内聚强度的截面划痕表征

制备了3类不同成分的等离子喷涂Ni Cr BSi涂层,利用截面大载荷划痕测试方法表征了涂层内聚结合强度,评价了涂层在油润滑条件下的滑动磨损行为,讨论了涂层内部残余应力、显微硬度、内聚强度与涂层耐磨性之间的内在关联.结果表明:在本文所用涂层沉积与划痕测试条件下,Ni Cr BSi涂层内聚强度的高低次序为Ni25Ni35Ni45,涂层显微硬度的高低次序与喷涂原始粉末硬度次序同为Ni25Ni35Ni45;涂层耐磨性与显微硬度间无对应关系,而与内聚结合强度关系密切,三种涂层耐磨性高低次序为Ni25Ni35Ni45;Ni Cr BSi涂层在低载荷条件下的磨损失效形式主要为磨粒磨损,随着载荷增加,涂层内部微小孔隙、裂纹等缺陷在残余拉应力和摩擦剪切力作用下诱发裂纹扩展并引发材料剥落,使疲劳剥落主导了涂层的磨损失效.     

挡板尺寸对电弧离子镀TiAlN涂层微观结构和摩擦学性能的影响

利用电弧离子镀技术,采用Ti50Al50合金靶,在304不锈钢基体上沉积TiAlN涂层.在Ti50Al5合金靶和基体挂架中间设置直径分别为80、100和120 mm圆形挡板,并与无挡板沉积的TiAlN涂层对比,采用SEM/EDS、XRD研究挡板尺寸对涂层微观结构、成分的影响,通过显微硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验研究挡板尺寸对TiAlN涂层力学性能及摩擦学性能的影响.结果表明：随着挡板尺寸增大,TiAlN涂层中Ti含量逐渐降低,Al含量逐渐升高,涂层表面熔滴数量显著减少,沉积速率降低.增大挡板尺寸后,涂层硬度下降,膜基结合力减小.添加挡板后TiAlN涂层表面凹坑缺陷增多,摩擦系数增大,与无挡板的TiAlN涂层相比,耐磨性显著提高.     

用于ICF的三种典型光学玻璃的AFM纳米划痕行为研究

本文作者通过原子力显微镜,以球形金刚石针尖作为对摩副,在大气环境下对磷酸盐激光玻璃、K9光学玻璃、熔融石英玻璃三种用于ICF系统的典型光学玻璃的纳米划痕行为进行了定量研究.结果表明:随着载荷的增加,三种玻璃的摩擦系数均表现为先保持恒定再剧烈上升的变化趋势.这是由于随着载荷的增加,摩擦机理由界面摩擦主导逐步转变为犁沟摩擦和界面摩擦共同主导所致.在相同的法向载荷作用下,磷酸盐玻璃的摩擦系数最高,K9光学玻璃次之,熔融石英玻璃的摩擦系数最小,这与三种玻璃的机械性能以及它们的表面亲水性密切相关.在相同的载荷下,磷酸盐玻璃和K9玻璃的划痕损伤表现为材料凹陷和堆积并存,而熔融石英玻璃的划痕损伤仅表现为划痕区域明显的凹陷变形.在所有载荷下,熔融石英玻璃的划痕残余深度均略高于磷酸盐玻璃;K9玻璃在低载时的划痕深度在三种玻璃中最大,中载时居中,而高载时最小.不同载荷下玻璃表层的机械性能、塑性流动方式以及其致密化程度都将对最终的划痕残余深度产生影响.     

高速烟支质量检测装置中陶瓷涂层/浸树脂石墨摩擦副材料的选择研究

本文根据烟草机械高速烟支质量检测装置中陶瓷涂层的实际工作情况,对比分析了Al2O3-40%TiO2、Al2O3-20%TiO2、WC-12%Co和Cr2O34种涂层材料与浸树脂石墨作为摩擦配副材料时的磨损性能,并根据耐磨性好的原则对涂层材料进行选择,以达到减少零件失效、降低维修费用的目的.结果表明:在相同条件下,涂层材料磨损率由大到小分别为Al2O3-40%TiO2、Al2O3-20%TiO2、WC-12%Co和Cr2O3,其中Cr2O3涂层的耐磨性最好.陶瓷涂层材料的主要磨损机理为黏着磨损、脆性剥落和磨粒磨损.     

An Attempt to Evaluate Cohesion in WC/Co/Cr Coatings by Controlled Scratching

As well as phase composition, microstructural defects and residual stresses influence the wear resistance of WC-based coatings, so their integrity or cohesion may give a guide to their wear behaviour. Parallel scratching by a suitable probe induces increasing scratch interaction with ramp loading on each scratch. Controlled plastic strain has, thus, been accumulated, and ductile microfracture induced, on the surfaces of WC-Co–Cr thermal sprayed coatings. Cohesion criteria based on wear area, acoustic emission, grain fracture and tensile cracking in the scratch groove are described, and results are presented that correlate reasonably well with the erosive wear characteristics of a number of differently sprayed coatings.     

稀土金属Y对真空熔结Ni基涂层显微组织和耐磨性的影响

研究了稀土金属Y对真空熔结Ni基合金涂层显微组织及化学组成、硬度和耐磨性的影响.结果表明:稀土金属Y可以改善真空熔结Ni基合金涂层的显微组织,阻碍针状相的析出,细化球状相,减轻碳钢母材中Fe对Ni基合金涂层的"稀释"作用,降低Ni60涂层中Fe的含量,提高Ni、Cr元素的含量;与此同时,稀土金属Y可明显提高Ni60涂层的硬度和耐磨性,降低摩擦系数,使Ni60涂层由微观犁沟和微观断裂剥落磨损形式转变为单一的微观犁沟磨损.     

TiN/TaN多层膜的结构和摩擦学性能

利用磁控溅射法在单晶硅基底上制备了一系列TiN/TaN多层膜; 采用X射线衍射仪、显微硬度计、球-盘摩擦磨损试验机和三维表面形貌仪等分析了多层膜的结构、硬度、摩擦学性能和磨损机制.结果表明:所制备的多层膜具有良好的周期性和清晰的界面结构,其中TiN层具有面心立方结构,当TaN层在调制周期Λ值小于8.5 nm时具有面心立方结构,在调制周期Λ值大于8.5 nm时具有部分六方结构;多层膜的硬度受调制周期影响,当调制周期Λ值为8.5 nm时,显微硬度达到最大值31.5 GPa.相对于TiN薄膜而言,TiN/TaN多层膜的摩擦系数较高、耐磨性能更好;多层膜的磨损机制主要为犁削、粘着和局部剥落.     

织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究

采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案，通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析，采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算，结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果，探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为，织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果，与未织构表面相比，其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中，润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应，润滑油产生的升力较大，改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态，从而呈现很好的摩擦学性能.      

温压成型和微波烧结TiC/316L 复合材料的摩擦磨损特性

为提高TiC/316L不锈钢复合材料的致密度和力学性能,采用温压成型和微波烧结复合方法制备了质量百分数为5%的TiC/316L复合材料.在MM-200型环块磨损试验机上研究了复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与传统粉末冶金法制备的复合材料耐磨性能进行了对比研究.结果表明:与传统粉末冶金法相比,在相同的烧结温度下,采用温压成型和微波烧结制备的TiC/316L复合材料虽然内部也存在一些孔隙,但组织比较均匀,烧结比较充分,复合材料的致密度和耐磨性均得以提高.随着温压压制压力的增加,复合材料的相对密度和耐磨性快速增加,但过高的压制压力不利于耐磨性的提高.摩擦磨损试验结果表明在压制压力为400 MPa时,复合材料的耐磨性较好.