TiSiN/Ag纳米多层涂层海水环境磨蚀性能研究

本文中采用多弧离子镀系统在Ti-6Al-4V合金(TC4)上沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层. 使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构，并使用纳米压痕测试其硬度. 用Rtec MFT500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:涂层具有致密的结构和清晰的多层界面，TiSiN层与Ag层交替沉积，涂层中包含TiN、Ag和Si₃N₄相，非晶Si₃N₄包裹纳米晶TiN. 相比TC4合金基体，沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层后，摩擦系数在大气环境和海水环境均能下降0.15以上，磨损率降低两个数量级. 人工海水中摩擦状态下材料出现腐蚀摩擦交互作用，主要损耗形式为腐蚀对磨损的促进，TiSiN/Ag纳米多层涂层的耐磨蚀性能远优于基体材料.      

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪（XRD）及高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明：纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.     

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.     

偏压对高功率脉冲磁控溅射法沉积MoN涂层结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法在9Cr18钢基材上制备了MoN涂层.系统研究了不同偏压对其结构、力学性能以及摩擦学性能的影响，并优化出耐磨性优异的MoN涂层.采用场发射扫描电镜分析涂层的表面和截面形貌，采用X-射线衍射仪分析涂层的晶相结构，采用纳米压痕仪测量涂层的硬度和弹性模量，采用摩擦磨损试验机(CSM)评价涂层的摩擦磨损性能.结果表明：随着偏压的增加，涂层由柱状晶体结构向致密无特征晶体结构转变，相结构以面心立方Mo₂N相为主. HiPIMS方法制备的MoN涂层均表现出较高的硬度(28 GPa以上)和较好的膜基结合力(60 N左右).摩擦学性能方面，在120 V偏压下沉积得到的涂层摩擦系数最低，为0.24；而在160 V偏压下沉积的涂层磨损率最低，为1.4×10^-8 mm³/(N·m).     

直流复合高功率脉冲磁控溅射VAlN-Ag涂层的宽温域摩擦特性研究

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层,调控HiPIMS靶功率控制Ag质量分数变化范围(11.4%、19.8%、24.5%),探究了涂层在25、300和650℃温度下的摩擦学性能.在室温摩擦条件下,3种涂层的摩擦系数均较高,当温度升高至300和650℃时,摩擦系数随Ag含量增加而降低,高Ag含量(质量分数24.5%)涂层摩擦系数最低,分别为0.45和0.23.磨损率随温度升高而增加,宽温域环境中,低Ag含量的S1 (Ag质量分数为11.4%)涂层具有最优的力学性能和最低的磨损率,使复合涂层在宽温域内表现出良好的摩擦学性能.复合涂层的物相结构、元素价态和化学键在中低温摩擦环境中无明显变化;经650℃摩擦试验后,涂层表面发生摩擦化学反应,V和Ag元素的价态升高,生成层状结构的AgVO₃和Ag₃VO₄高温润滑相,有效降低涂层的摩擦系数.高温摩擦过程中伴随着元素扩散,涂层内部微结构演变成致密的Al₂O₃层包裹钒酸银润...     

Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的干摩擦学性能对比研究

本文以商业Ti-6Al-4V合金为参照,考察了Ti-46Al-2Cr-2Nb(原子比)金属间化合物在不同载荷和速率下的干摩擦学行为,结果表明:Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的摩擦系数几乎相同,而Ti-46Al-2Cr-2Nb金属间化合物比Ti-6Al-4V具有更好的抗磨性;Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的磨损率均随载荷的增加而增加,Ti-46Al-2Cr-2Nb合金磨损率随滑动速率增加而增加,Ti-6Al-4V合金磨损率却随滑动速率增加呈下降直至稳定的趋势;Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的磨损机制主要为疲劳磨损,Ti-6Al-4V合金的磨损机制为塑性变形,犁沟和剥落.     

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.     

溅射沉积WSx/Ni/a-C/Ni多层膜的微结构及大气环境摩擦学性能

采用磁控溅射技术在硅基体上交替沉积WS₂、Ni及非晶碳(a-C)层制备出不同Ni层厚度的WS_x/Ni/a-C/Ni多层膜. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等研究了多层膜的成分及微观结构；通过纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机等评价了薄膜的力学及大气环境中的摩擦学性能. 结果表明:随着Ni层厚度的增加，WS_x/Ni/a-C/Ni多层膜的致密度下降，n_s/n_w值(S与W原子百分数之比)由0.84降至0.73，WS_x层以微晶或非晶的形式存在. 多层膜的硬度和磨损率均随Ni层厚度的增加先降低后升高，但摩擦系数由0.22升至0.38，结合力先增大后减小. Ni层厚度为6 nm的多层膜的硬度可达13.4 GPa，抗氧化性能和耐磨性最优，磨损率仅为9.47×10–14 m3/(Nm).      

微量Ag元素对TiAlN涂层摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术利用Ti₅₀Al₅₀、Ti₅₀Al₄₉Ag₁、Ti₅₀Al₄₅Ag₅合金靶沉积制备出了TiAlN及不同Ag含量的TiAlAgN涂层. 利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了室温、200、400和600 ℃等温度下的摩擦学性能；通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、表面轮廓仪和划痕仪对磨损前后涂层的表面形貌、微观结构、硬度及涂层结合力进行了分析. 结果表明:TiAlN、TiAlAgN(Ag原子百分数0.12%)、TiAlAgN(Ag原子百分数0.30%)涂层的厚度分别为为4.18、5.31和4.69 μm，硬度分别为HV_0.2 2 049.4、HV_0.2 1 672.9、HV_0.2 1 398.5；TiAlN、TiAlAgN涂层的衍射峰位与面心立方的TiN相同，掺入Ag后TiAlN涂层的择优取向变为N(220)面. 三种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损. 室温时TiAlN涂层的摩擦系数比其他两种涂层要小约0.3，200 ℃时三种涂层的磨损率较大，400 ℃时掺Ag涂层的耐磨效果达到最佳. 此外，当Ag原子百分数在0.12%~0.30%范围时，随着Ag含量增加，涂层的结合力降低.      

调制比对WSx/a-C多层膜微观组织及摩擦学性能的影响

采用磁控溅射交替溅射WS2和石墨靶,在200℃的Si基体上制备了不同调制比的WS_x/a-C多层膜(调制周期约为20 nm).利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱(XPS)等手段表征了多层膜的微观结构;采用纳米压痕仪、薄膜应力测试仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试多层膜的机械性能及大气中的的摩擦磨损性能.结果表明:WS_x/a-C多层膜表面平整、结构致密,S/W比在0.92~0.97范围内波动,WS_x子层以微晶的形式存在,WS_x/a-C相界面处形成了WC相.随着调制比的增加,多层膜的硬度由7.8 GPa升高至9.0GPa,膜内压应力先减小后增大,结合力单调减小,摩擦系数由0.18增至0.29,磨损率迅速升高.调制比为1∶39的多层膜的摩擦学性能最佳,其磨损率约为6.1×10~(–15) m~3/(N·m).     

网纹型表面微结构对Ti-6Al-4V水润滑摩擦学特性的影响

研究了Ti-6Al-4V合金表面网纹型微结构与Si3N4小球对摩时的水润滑摩擦学性能.利用电火花加工技术在Ti-6Al-4V合金表面加工出不同尺寸的网纹结构,运用正交试验设计方法分析了网纹宽度、深度、间宽比和网纹角度对Ti-6Al-4V合金水润滑摩擦学性能的影响.结果表明:具有合适几何参数的网纹结构能够降低摩擦副在水润滑条件下的摩擦系数和磨损量.当网纹角度在45°时,摩擦副的摩擦系数和磨损量能同时降低.网纹宽度对稳态摩擦系数的影响最大,而网纹深度和夹角对摩擦副材料的磨损影响最大.     

CrAlN涂层海水环境腐蚀磨损行为研究

采用多弧离子镀在316不锈钢上沉积Cr Al N涂层,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,纳米压痕和划痕仪分别测试涂层的硬度和结合力.通过球-盘往复式摩擦磨损试验机在海水环境下测试涂层腐蚀磨损性能,并用电化学工作站实时监测其摩擦过程中的电化学特性.结果表明:Cr Al N在有摩擦的条件下,涂层极化曲线的阳极区域存在较为明显的钝化区,抑制了涂层进一步腐蚀.在阳极电位下,涂层的摩擦系数随着加载电位的增加显著降低.随着加载电位的升高,涂层的磨损量也相应地增大.在阳极电位0.5 V下的磨损量是阴极电位–1 V下的2.99倍.在0 V时,磨损促进腐蚀的损失量,约占总损失量的13.71%.在–1 V,–0.5 V,–0.25 V,OCP,0 V下的磨损机理主要为磨粒磨损和塑性变形,而在0.25 V,0.5 V下的磨损机理主要为疲劳点蚀.     

超微细磷酸锰转化涂层摩擦磨损性能研究

采用新型磷化处理工艺在20Cr钢表面制备了超微细磷酸锰转化涂层.浸油润滑条件下,采用MMW-1P型立式万能摩擦磨损试验机评价了转化涂层的摩擦学性能,并用SEM和EDX表征转化涂层表面及磨损表面的形貌和成分,用XRD分析转化涂层的相结构.结果表明,钢表面超微细磷酸锰转化涂层由Mn3(PO4)2·3H2O组成,同时存在少量Mn3(PO4)12·10H2O和(Fe,Mn)2(PO4)(OH);磷化晶粒的尺寸约为0.2～0.5μm;涂层表面孔隙的储油特性有利于改善其摩擦学性能;浸油润滑条件下,钢表面的超微细磷酸锰转化涂层具有明显的减摩与耐磨效果.     

摩擦副材料对二烷基二硫代氨基甲酸钼添加剂摩擦学特性的影响

选择等离子喷涂钼合金层、渗氮层以及镀铬层为摩擦副材料 ,以全配方矿物基发动机油 SJ/ 5 W- 30作为基础润滑油 ,研究了上述 3种摩擦副材料对油溶性二烷基二硫代氨基甲酸钼 (Mo DTC)添加剂摩擦学特性的影响 .结果表明 :Mo DTC的摩擦学特性与摩擦副材料类型有关 ;采用喷钼层、渗氮层及镀铬层作为摩擦副材料 ,Mo DTC均表现出减摩和抗磨作用 ,对渗氮层的减摩抗磨效果最佳 .X射线光电子能谱分析表明 :摩擦副材料类型对添加剂中的 Mo和 S的化学状态和相对含量均有影响 ;摩擦副材料类型不同时 ,Mo DTC摩擦学行为的差异与其在磨损表面形成的 Mo S2 以及 Mo O3 、Fe S和磷酸盐等物质的含量有关     

高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究

采用CVD涂层硬质合金可转位立铣刀对钛合金(Ti-6Al-4V)进行了高速干铣削试验,采用扫描电子显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析失效刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.研究结果表明:使用涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti-6Al-4V时,刀具的失效机理主要为磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损和热-机械疲劳磨损的综合作用.刀具刚参与切削时,刀具后刀面会产生粘结和由于摩擦引起的擦伤,粘结层在断续冲击作用下的脱落过程还会造成后刀面涂层的剥落;随着刀具进一步的磨损,涂层剥落、粘结磨损及磨粒磨损伴随整个刀具失效过程,且还会出现氧化磨损、扩散磨损和疲劳裂纹等.切削速度越高,新产生的钛合金切屑就越容易燃烧,使刀具粘结、氧化和扩散以及热-机械疲劳等磨损加剧.     

激光熔覆NiCr-ZrB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层和NiCr-ZrB2复合涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成、组织结构和晶体结构.在SRV-IV摩擦磨损试验机上对NiCr-ZrB2复合涂层从20到500℃的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:NiCr-ZrB2复合涂层的主要物相组成为[Ni,Ti]固溶体、Cr2Ti、ZrB2、ZrB、Ni3Cr2、Ti2Cr、TiB2和TiB;涂层厚约0.7～1.0 mm;涂层平均硬度约为HV0.21000,是纯钛基材的5.3倍;NiCr-ZrB2复合涂层的摩擦系数和磨损体积随温度的增加而减小,高温耐磨性能相对于钛基材提高约1个数量级;NiCr-ZrB2复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损,高温下伴有氧化磨损和摩擦抛光现象.