铁基合金激光熔覆层的高温磨损性能

 为提高40Cr钢表面耐磨性,采用预置激光熔覆法在40Cr基体表面制备Fe基涂层,利用HT-500摩擦磨损实验机测定干摩擦条件下,基体和熔覆层的摩擦因数随温度变化的规律。利用表面粗糙度轮廓仪测量磨痕的深度和宽度,SEM观察熔覆层以及磨痕的显微组织形貌,使用HV-1000型显微硬度仪检测基体和熔覆层结合部分的硬度。研究结果表明:熔覆层平均显微硬度值达到373.8HV(0.2);显著高于基体硬度198.4HV(0.2)。在干摩擦条件下,随着温度升高,磨损过程逐渐变平缓,平均摩擦因数降低,磨损率增加,耐磨性下降;在350~400 ℃之间,熔覆层磨损性能优于基体。     

激光熔覆NiCrBSi涂层组织及摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备了NiCrBSi合金涂层,利用OM,SEM,EDX和XRD等对熔覆层的微观组织进行了分析,测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,激光熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织主要由γ-Ni,Cr7C3和CrB等相组成。熔覆层显微硬度在650~850HV之间,明显高于H13钢基体的硬度。摩擦磨损实验表明,在相同的条件下,熔覆层的耐磨性比基体有了明显的提高,磨损体积减少了92.4%。通过对磨损后的试样进行粗糙度测试后表明,涂层具有更平滑的表面。     

激光冲击与渗碳复合工艺改善12CrNi3A钢磨损性能

为了提高12CrNi3A钢渗碳层质量及其抗磨损性能,提出了激光冲击与渗碳不同顺序复合的工艺方法。球磨实验结果表明,相比渗碳处理,激光冲击后渗碳试样的比磨损率降低了51%,而渗碳后激光冲击强化试样的比磨损率降低了13%,说明激光冲击后渗碳的复合工艺能更好地改善抗磨损性能。在摩擦系数差别不大的情况下,抗磨损性能的提升与显微硬度提高、微观组织变化有关,从这两方面讨论抗磨损性能提升的机理。研究表明:激光冲击强化可促进渗碳的过程,强化后渗碳形成的渗碳层结构致密,大量细小碳化物形成,固溶强化、第二相强化作用增强,显微硬度增大,从而提高抗磨损性能;而渗碳后激光冲击强化只使渗层表面发生了形变强化,与渗碳工艺相比,显微硬度略有提高,抗磨损性能提高有限。     

激光冲击强化对AM50镁合金性能和结构的影响

采用激光冲击强化(LSP)处理方法研究了激光冲击强化对AM50铸造镁合金深度方向的晶粒结构、显微硬度和残余应力的影响。结果表明,经过单次冲击强化后,合金表层的显微硬度值、残余压应力值均有明显改善;在冲击强化层,原始粗晶明显细化,表层显微硬度值提高了19%,残余压应力达到-225 MPa,且显微硬度提高区、晶粒细化层及残余压应力层的深度明显增大;当冲击次数增加到2次时,显微硬度、晶粒尺寸和残余应力得到进一步改善。     

铁基合金激光熔覆层高温润滑磨损性能

 为提高40Cr合金钢的表面耐磨性,采用预置激光熔覆法在40Cr基体表面制备铁基合金涂层, 利用扫描电镜观察分析熔覆层显微组织形貌,用显微硬度仪测试熔覆层截面显微硬度,用摩擦磨损试验机测定在润滑条件下基体、熔覆层的摩擦系数随温度变化的规律。研究结果表明:熔覆层与基体实现良好冶金结合,熔覆层横截面微观组织呈现平面晶、树枝晶和胞状晶分布;熔覆层硬度值介于617.5~926.6 HV0.2之间,基体硬度介于205.2~278.2 HV0.2之间;在200 ℃以下,熔覆层摩擦系数在磨程中趋于平稳,在0.1附近轻微波动,小于基体平均摩擦系数;当温度超过200 ℃,油膜分解,引发润滑失效,磨损方式向干摩擦转化,磨损机理从微切削磨损主导向粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损复合磨损方式转化。     

激光熔凝层组织与摩擦学特性的研究

 为研究激光熔凝层的磨损性能，在灰铸铁材料表面进行激光熔凝。以激光熔凝强化的灰铸铁为上试样，灰铸铁为下试样，模拟活塞环、缸套工作环境，进行标准的SRV快速磨损试验。利用表面形貌仪测量配副双方的磨损深度，扫描电子显微镜观察熔凝层、磨痕形貌。结果表明：激光熔凝层显微组织为先共晶奥氏体分布在共晶基底上的亚共晶，显微硬度变化范围在HV0.2 800～HV0.2 1 200之间。上、下试样磨损深度分别为2.04 mｍ和1.35 mｍ，摩擦系数在0.072 8～0.082 2范围内变化，磨损机制为磨粒磨损。     

增减材复合制造316L不锈钢的滑动磨损特性研究

研究了激光选区熔化(SLM)/铣削增减材复合制造工艺对316L不锈钢滑动磨损特性的影响规律。在增减材复合加工机床上分别采用单一增材方法和增减材方法制备316L不锈钢试样,在一台加工中心上制备传统铸造316L不锈钢试样。激光能量密度E设置为112.5～183.3 J·mm^-3,铣削每齿进给量设置为0.02～0.08 mm。首先测试分析了试样致密度、组织缺陷、显微组织、显微硬度及表面粗糙度。在与Si₃N₄陶瓷球配对的干式滑动试验后,对摩擦因数、磨损率、磨痕形貌及元素组成进行测试分析。结果表明,SLM成形材料的致密度和硬度在E=150.0 J·mm^-3时取得最高值。增减材试样的表面粗糙度明显低于增材试样,在每齿进给量相同时略高于铸造铣削样。SLM成形材料的摩擦因数范围为0.93～1.03,在最致密时取得最低值并略低于铸造材料。增减材表面在30 min内的总磨损率随每齿进给量的减小而降低,其数值为8.44×10^-8～12.17×10^-8 mm³     

不同功率下激光重熔对Mg-Zn-Y-Zr合金性能的影响研究

由于镁合金耐磨及硬度性能较差,应用激光重熔技术进行表面改性就显得尤为必要,其中激光功率因素所产生的影响十分显著。为了探究激光重熔中功率因素对稀土镁合金的微观组织结构,硬度以及摩擦磨损性能的影响。通过使用3kW的DILAS半导体激光器对Mg-1.85Y-7.91Zn-0.75Zr(质量分数,%)合金进行不同功率下的激光重熔实验。采用光学显微镜(OM),电子扫描显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)观察所制得试样的组织,形貌,相成分及分布;使用显微硬度计测量维氏硬度;使用摩擦磨损试验机测试样品的摩擦磨损性能,从而得出不同激光功率对组织,性能的影响。研究表明,经过重熔处理的合金宏观凝固组织明显细化,且随着功率升高,晶粒变大,第二相分布愈加弥散。由于细晶强化,固溶强化以及弥散强化的影响导致了硬度和耐磨性提高,其中800,1000,1200,2000W激光功率作用下重熔细晶区的维氏硬度平均值分别为90.97,93.47,94.20,95.53HV,而粗晶基材区的维氏硬度平均值仅为63.90HV,2000W功率作用下的硬度照比基材提升了49.50%。随着功率的升高,耐磨性越高且逐渐从以黏着磨损为主过渡到以磨粒磨损为主。可见,激光重熔技术可以明显强化该稀土镁合金,激光功率的增大可以显著增加该合金的硬度以及抗摩擦磨损性能。     

激光冲击强化提高纯铜耐磨性能的研究

应用激光冲击强化对纯铜表面进行处理改善其耐磨性能。采用球磨实验分析了激光冲击强化前后的耐磨性能, 利用X-射线衍射仪和电子背散射衍射技术对表层的相结构和晶粒形态分布进行了分析, 并对耐磨性能提高机理进行了讨论。结果表明, 纯铜经激光冲击强化后其比磨损率降低了19.5%, 同时由于表面粗糙度增大, 使得初期摩擦系数增加, 但随着摩擦周数的增加, 激光冲击强化作用明显, 摩擦系数下降。这是由于激光冲击强化在纯铜中引入大量细化晶粒、孪晶和亚结构, 阻碍了位错的运动, 增强了变形抗力, 从而提高了材料的耐磨性能。     

40Cr钢表面激光熔覆层的磨损性能

 为研究模具钢熔覆层的磨损性能,采用铁基粉在40Cr钢表面进行激光熔覆,以激光熔覆层为上试样,GCr15钢珠为下试样,采用HT－500磨损试验机进行摩擦磨损试验,并与40Cr基体的磨损性能相对比。利用表面形貌仪测量磨痕深度和宽度。研究结果表明：载荷小于250 g时,相同载荷下基体的摩擦系数大。载荷小于300 g时,随磨损时间延长,熔覆层、基体的摩擦系数都随着载荷增加而减小。当载荷为300 g时,基体的摩擦系数在0.563～0.589之间变化,平均值为0.576,且随时间逐渐升高,耐磨性变差;熔覆层的磨擦系数在0.431～0.457之间变化,平均摩擦系数为0.444,磨痕深度和宽度分别是0.65 mm和1.096 μm,且随时间逐渐下降,表现了良好的耐磨性能。当载荷增加到500 g时,平均摩擦系数和磨痕深度比300 g时分别增加了75％和47倍,且摩擦系数逐渐升高,磨损性能下降。     

激光熔覆TiC-Ni复合涂层的摩擦磨损性能和磨损机制研究

利用光学显微镜和扫描电镜观察了钛合金表面TiC-Ni激光熔覆层的宏观形貌和微观组织,测试了激光熔覆层的硬度、摩擦系数和磨损量。利用SEM观察了磨损的表面形貌和磨屑的形貌,分析了激光熔覆层的磨损机制。结果表明:激光熔覆层组织致密,无气孔和裂纹,硬度为基材的3倍;激光熔覆层的摩擦系数随环境压力的降低而提高,磨损量随环境压力的降低、法向载荷的增加而增加;低载时为轻微的磨粒磨损,高载时为严重的剥层磨损。     

激光熔覆Al2O3/Fe901复合涂层的强化机制及耐磨性

为提高金属材料表面涂层的耐磨性,采用激光熔覆工艺制备了Al_2O_3增强Fe901金属陶瓷复合涂层,研究了Al_2O_3陶瓷增强相对Fe基熔覆层组织与性能的影响。利用扫描电镜和X射线衍射仪检测了复合涂层的微观组织和物相;采用显微硬度仪和摩擦磨损试验机分析了复合涂层的显微硬度与耐磨性。结果表明:Fe901涂层的组织以柱状枝晶和等轴枝晶为主,添加的Al_2O_3可促使涂层组织转变为均匀的白色网状晶间组织及其包裹的细小黑色晶粒;复合涂层中的Al_2O_3陶瓷颗粒表面发生微熔,与Fe、Cr结合生成Fe3Al及(Al,Fe)4Cr金属间化合物,起到增加Al_2O_3陶瓷颗粒与金属黏结相结合强度的作用;当Al_2O_3陶瓷颗粒的质量分数为10%时,复合涂层的显微硬度较Fe901涂层增加了16.4%,复合涂层的摩擦磨损质量损失较Fe901涂层降低了50%;添加适量的Al_2O_3陶瓷有助于提高涂层的显微硬度及耐磨性。     

石墨对混杂增强铜基复合材料摩擦磨损特性的影响

研究了石墨颗粒对混杂增强铜基复合材料摩擦磨损特性的影响。结果表明,石墨颗粒的加入同时降低了复合材料和配偶件的磨损率,有利于摩擦副系统整体寿命的提高。石墨颗粒赋予了复合材料优良的减摩特性,使滑动摩擦过程更加平稳。混杂增强铜基复合材料磨损表面形成的富石墨的MML层是导致摩擦系数降低和摩擦副系统耐磨性提高的主要原因,而SiC颗粒的承载作用则有利于石墨固体润滑作用的发挥。     

Ti/Ti-类金刚石多层膜的制备与表征

采用电子回旋共振-化学气相沉积结合中频磁控溅射的真空镀膜技术, 以99.99%Ti为靶材, 乙炔为碳源制备了Ti/Ti-类金刚石(DLC)多层膜. 利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪 对Ti/Ti-DLC多层膜进行了相结构、组织、成分及形态分析. 采用显微硬度仪、摩擦磨损仪、表面粗糙度仪对Ti/Ti-DLC多层膜进行了力学性能考察. 结果表明: Ti/Ti-DLC多层膜中主要含有TiC晶相; Ti层和Ti-DLC层中未出现柱状晶体生长模式, 分层中均以岛状模式生长; 当调制周期Λ≤ 50 nm时, 分层结构变模糊; 调制周期Λ对Ti/Ti-DLC多层膜的复合硬度、摩擦系数、表面形貌、表面粗糙度都有影响, 当调制周期Λ较小时表现出纳米增硬效应, 表面出现大颗粒, 表面粗糙度和摩擦系数均变大.     

脉冲激光沉积无氢钨掺杂类金刚石膜的摩擦与机械性能

采用脉冲激光沉积技术制备出无氢钨掺杂非晶态类金刚石膜.膜中的钨含量与靶材中的钨含量保持稳定的线性关系,显示了脉冲激光沉积在难熔金属掺杂技术方面的亮点.由于碳-钨结构的形成和表面粗糙度影响,膜层的干摩擦系数随着钨含量的增加显现出先减后增的趋势,钨含量为9.67 at.%时达到最低值0.091.钨含量的增大降低了类金刚石膜纳米硬度和杨氏模量,但最佳的膜层耐磨性参数并非表现在硬度最大(52.2 GPa)的纯类金刚石膜中,而是出现在低掺杂含量(6.28 at.%)的类金刚石膜中.研究为脉冲激光沉积技术制备低摩擦、高硬度无氢钨掺杂类金刚石膜的应用提供了技术实践.     

脉冲高能量密度等离子体法制备TiN薄膜及其摩擦磨损性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在45号钢基材上制备出了超硬耐磨TiN薄膜.利用XRD，XPS，AES，SEM等手段分析了薄膜的成分及显微组织结构，并测试了薄膜的硬度分布及摩擦磨损性能.结果表明：薄膜主要组成相为TiN，薄膜组织致密、均匀，与基材之间存在较宽的混合界面；薄膜硬度高，在干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性及较低的摩擦系数. 关键词： 脉冲高能量密度等离子体 TiN膜 显微组织 耐磨性     

Ti6Al4V合金表面激光沉积复合涂层的组织和性能

为了增强Ti6Al4V钛合金的耐磨性,采用激光沉积制造方法在其表面上制备了以原位生成的TiC颗粒和直接添加的WC颗粒为增强相的耐磨涂层,观察了各涂层的微观组织,并测量了涂层的显微硬度和涂层在室温大气条件下的摩擦磨损性能。结果表明各涂层和基体呈现冶金结合,原位自生的TiC和部分熔化的WC颗粒均能够均匀弥散分布于基体上,由于增强相颗粒的弥散强化及激光沉积组织的细晶强化作用,基材的硬度和耐磨性均得到了提高。原位自生的TiC涂层比WC涂层硬度梯度分布平缓,但耐磨性稍差。     

TaC微粒对Ti-6Al-4V合金微弧氧化层结构和性能的影响

为了提高钛合金表面微弧氧化层在海洋环境中的抗腐蚀和耐磨损性能,在硅酸盐系电解液中添加不同浓度粒径在1μm左右的TaC微粒,制备了TaC掺杂微弧氧化层.通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线光电子能谱仪等对微弧氧化层的形貌、元素组成及其化学状态进行表征与分析,并对比评价了钛合金表面TaC掺杂微弧氧化层的厚度、表面粗糙度、硬度、耐磨性以及耐蚀性.结果表明:通过向电解液中添加TaC微粒,钛合金表面微弧氧化层中存在TaC和Ta₂O₅;较未添加TaC微粒制备微弧氧化层,其表面形貌更为致密,硬度提高了约83.2%,在模拟海水中的摩擦系数由0.2降到了0.148,由磨粒磨损转变为粘着磨损,腐蚀电流密度下降了2个数量级,并通过构建微弧氧化层在模拟海水中的磨损和腐蚀失效模型,揭示了微弧氧化层中掺入TaC微粒对改善其抗腐耐磨性能的内在机理.     

激光熔覆TiC陶瓷涂层的组织和摩擦磨损性能研究

采用激光熔覆技术在TC4合金表面上制备了TiC陶瓷涂层,分析了熔覆层的微观组织,测试了熔覆层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明:TiC激光熔覆层分为熔覆区和稀释区两个区域,熔覆区未受到基底的稀释,由TiC颗粒和TiC树枝晶组成;稀释区受到了基底的稀释,由TiC树枝晶和钛合金组成;TiC激光熔覆层的显微硬度在HV700~1500之间,明显地改善了TC4合金表面的摩擦和磨损性能。     

微激光冲击DZ17G合金的表面完整性影响研究

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能,采用微激光冲击强化方法进行表面处理,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计,测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明:在水下无吸收保护层微激光冲击处理后,合金表面发生了烧蚀、熔融,1次冲击后形成光滑熔融区,但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒;表层组织仍由和两相组成,柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结,但未发生晶粒细化;硬度在深度上呈梯度分布,冲击1次后硬化层深度仅为100 m,表面硬度值达到503 HV,提高了22.7%,而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。