干态及润滑工况下离子氮化35CrMo钢微动磨损机理研究

针对变轨距高速列车锁紧机构的微动损伤问题,开展了表面工程防护研究.基于抗微动损伤的表面强化原则,对试验基材(35CrMo钢)进行等离子氮化处理及性能表征.采用自主研制的模块化多功能微动磨损测试系统,在干态及润滑工况下开展了微动磨损试验,揭示不同工况下离子氮化表面的磨损行为、能量耗散和损伤机理.结果表明：与基材相比,离子氮化表面的耐磨性显著提高,其主要磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.离子氮化处理生成的高硬度且粗糙的化合物层有利于在微动接触界面形成第三体磨屑床,发挥固体润滑作用.此外,适当添加的润滑脂能对磨屑形成分散和包覆,产生协同润滑作用,使基体磨损率降低约60%.研究结果为轨道车辆关键部件抗微动表面工程防护提供理论数据和应用参考.     

氧氮化处理提高高速钢刀具的使用寿命

高速钢刀具的氧氮化处理,是一项表面减摩、抗摩的新工艺,是高速钢淬火回火后一项新的复合化学热处理技术。本文以加工高温铸造合金K3叶片的榫齿铣刀为例,介绍了K42超高速钢榫齿铣刀氧氮化处理的特点、原理、渗层结构与性能、影响因素、设备,工艺流程以及K42榫齿铣刀氧氮化后的耐磨性。     

碳钢表面渗硼和激光热处理改性层的磨粒磨损性能和机理研究

采用固体渗硼与激光热处理复合工艺对 4 5 #钢试样进行表面改性 ,在 4 5 #钢表面得到完整的硼共晶层 ,采用扫描电子显微镜观察分析表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时的磨损表面形貌 ,并考察了其磨损机理 .结果表明 ,经表面渗硼和激光热处理后 ,4 5 #钢表层形成共晶化组织 ,相应的硼共晶表面改性层具有适当的硬度和韧性 ,因而其抗磨粒磨损性能明显改善 ;表面改性处理后的 4 5 #钢试样同 GCr15钢对摩时呈现断裂磨损特征     

激光淬火和冲击复合强化处理40Cr钢的耐磨性能研究

对激光淬火40Cr钢强化区域进行激光冲击复合强化处理，并分别同激光淬火和氮化处理40Cr钢对比考察了激光淬火和冲击复合强化处理40Cr钢的表面硬度和耐磨性．结果表明：经激光淬火和冲击复合强化处理的40Cr钢的硬度比激光淬火处理40Cr钢的硬度高11％；同氮化和激光淬火处理40Cr钢相比，复合强化处理40Cr钢的耐磨性分别提高了约4．3倍和1．6倍．     

稀土元素对软氮化层抗冲击磨损性能的影响

作者利用La和Ce加特定溶剂对7Cr_7Mo_3V_2Si和4Cr_3Mo_3(?)两种模具钢进行了常规软氮化和稀土软氮化处理,冲击磨损试验结果证明,稀土软氮化层的冲击韧性和抗冲击磨损性能都比常规软氮化层的好。稀土软氮化处理的自行车螺钉热镦模具的使用寿命分别为常规软氮化和未经表面处理的两倍和4倍以上。通过扫描电子显微镜对冲击磨损表面形貌的观察发现,常规软氮化层发生了大块磨屑剥落,而稀土软氮化层发生的是小层片状磨屑剥离,并就软氮化层的冲击磨损机理进行了探讨。     

激光硬化9SiCr表面土壤磨损研究

在壤土、沙土和黏土3种土壤中对激光处理的9SiCr材料进行磨损试验,考察了激光硬化工艺参数对9SiCr 旋耕刀基体显微硬度的影响,获得9SiCr 旋耕刀基体激光硬化处理的最佳工艺参数。结果表明：在激光功率为1 200W、扫描速度为14mm/s和激光功率1500W、扫描速度16mm/s的条件下,磨损率较小。激光处理表面在3种土壤条件下进行了耐磨性比较,沙土对试件的磨损率影响最小。9SiCr经过激光处理其表面耐磨性比一般淬火表面的耐磨性提高约5倍。9SiCr表面磨损形式主要是磨粒磨损。激光处理9SiCr表面提高了表面硬化层的硬度,从而提高了材料的耐磨性,增加了9SiCr的使用寿命。     

汽车法兰盘热锻模具磨损失效的实验分析和数值研究

采用扫描白光干涉仪和扫描电镜对汽车法兰盘热锻模具的表面磨损形貌进行观察,分析其磨损失效机理.同时,基于Archard磨损模型,建立热模锻过程的热-力耦合有限元模型,研究模具预热温度、锻造速率和模具热处理工艺等因素对模具磨损的影响.结果表明,锻后模具表面出现黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损现象,其中磨粒磨损造成的模具损伤程度最高,最大磨损深度约为100μm;数值分析表明,当模具预热温度为250℃,锻造速率为300 mm/s时,锻后模具最高温度低于模具材料AISI H13钢的许用温度(620℃),且模具磨损深度达到最低水平;相比于淬回火热处理工艺,采用离子渗氮处理可使锻后模具最大磨损深度由7.2×10–5 mm下降至1.3×10–5 mm,磨损幅度降低82%,模具服役寿命提高约5.5倍,模拟结果与实际生产情况吻合.     

Ti6Al4V表面激光改性层重熔处理的微观组织特征及宽温域摩擦学性能研究

采用激光复合工程技术对Ti6Al4V基体表面进行强化耐磨处理,首先在Ti6Al4V合金表面进行激光氮化[Ti(N)]和氮氧化[Ti(N,O)]处理,然后在纯氩气气氛中分别对Ti(N)层和Ti(N,O)层进行激光重熔处理,制备了组织分布更为均匀的重熔氮化层[Re-Ti(N)]和重熔氮氧化层[Re-Ti(N,O)]. 组织结构分析揭示了Re-Ti(N)层主要由富氮αˊ-Ti和TiN_x组成,而Re-Ti(N,O)层则主要由富氧αˊ-Ti和TiN_xO_y组成. 相对于Ti6Al4V基体,Re-Ti(N)层和Re-Ti(N,O)层的硬度、弹性模量和磨损量降低了2倍以上,然而激光复合处理前后材料均表现出较大的摩擦系数. 相对于Re-Ti(N)层,氧原子的加入,不仅能够有效细化组织和提升强韧度,而且显著抑制了摩擦界面的黏着磨损. 通过磨屑结构分析进一步验证了基体黏着磨损机制和重熔改性层磨粒磨损机制.      

表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究

采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment，SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层. 利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上，重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为. 结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200 μm以上，表面硬化层厚度超过1.5 mm，表面硬度提升至基体近2倍；SMRT大大减缓了材料磨损，与基体试样相比，SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显，且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能，其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损. 因此，316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值.      

65Mn钢晶体亚结构参数对磨粒磨损耐磨性的影响

本文通过对65Mn钢不同热处理工艺处理的磨粒磨损试样的X射线衍射分析,运用X射线线型数学解析方法,测定了宽化谱线的真实宽度、晶块尺寸和晶格畸变。並初步探讨了晶体亚结构参数(真实宽度、晶块尺寸、晶格畸变)和微观组织对磨粒磨损耐磨性的影响。     

钢基铝镀层陶瓷氧化膜的摩擦磨损特性研究

对Q235钢表面铝镀层进行不同时间的微弧氧化处理从而在铝镀层表面获得不同厚度的陶瓷氧化膜.采用硬度测试仪、摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜分别研究了氧化时间对陶瓷氧化膜厚度、表面硬度、摩擦磨损特性以及磨损试验后的磨痕形貌和微观结构的影响规律.结果表明:随微弧氧化时间的延长,铝镀层陶瓷氧化膜的厚度和硬度迅速增加,经微弧氧化处理30min后铝镀层的表面硬度较处理前增加了近7倍;在干摩擦条件下,铝镀层陶瓷氧化膜的磨痕宽度和磨损体积随微弧氧化时间的延长逐渐减小,而摩擦系数逐渐下降,表明耐磨性随微弧氧化时间的延长逐渐提高.铝镀层的磨损形式为表面压溃和锉削式磨粒磨损,处理时间为20min和30min的磨损形式为低应力擦伤性磨粒磨损,而处理10min的磨损形式介于上述二者之间.     

纳米二氧化硅的表面处理对纳米二氧化硅改性氰酸酯树脂摩擦学性能的影响

采用模塑成型法制备氰酸酯树脂(CE)/纳米二氧化硅(nano-SiO2)复合材料,通过磨损率和摩擦系数测试、扫描电子显微镜(SEM)表征,分别考察了nano-SiO2及其经两种偶联剂KH-560和SEA-171表面处理后对CE摩擦学性能的影响.测试结果表明,经偶联剂表面处理后的nano-SiO2能够更加有效地改善CE的摩擦磨损性能,两种偶联剂相比,SEA-171的改性效果较好.SEM分析表明,不同性质的nano-SiO2形成的复合材料,其磨损方式主要表现为磨粒磨损,黏着磨损则随着nano-SiO2未表面处理、KH-560和SEA-171分别表面处理的顺序依此减轻.     

氧化硅/氧化铁复合磨粒用于硬盘基片的抛光研究

本文以HNO3、NaOH、Fe(NO3)3和SiO2浆料为原料,采用沉淀法制备了1种SiO2/Fe2O3复合磨粒,通过X射线衍射仪(XRD)、飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构进行表征,结果表明Fe2O3包覆到SiO2的表面,复合粒子具有很好的分散性.用UNIPOL-1502抛光机研究了所制备复合磨粒在镍磷敷镀的硬盘基片中的抛光性能,抛光后硬盘基片的表面粗糙度Ra由抛光前的8.87nm降至3.73nm;抛光后表面形貌的显微镜观测结果表明新制备的复合磨粒表现出较好的抛光性能.     

经不同表面改性处理的钛合金的微动疲劳和微动磨损行为对比研究

对比研究了钛合金微动疲劳(FF)和微动磨损(FW)失效行为,考察了表面喷丸强化和氮化等表面处理对钛合金微动疲劳和微动磨损性能的影响,探讨了钛合金微动磨损和微动疲劳性能的相关性.结果表明,钛合金微动疲劳和微动磨损损伤表面形貌特征相似;当微动位移幅较大、微动区发生整体滑动时,微动接触区磨损有利于延缓微动疲劳裂纹萌生;而在小位移幅、部分滑移情况下,局部磨损促进微动疲劳裂纹萌生.利用喷丸强化在钛合金表面引入残余压应力,可以在降低摩擦系数的同时,提高钛合金抗微动疲劳和微动磨损失效的能力;氮化处理后钛合金表面硬度提高,有利于改善其微动磨损性能,但表面韧性降低导致抗微动疲劳能力降低.因此,在提高表面硬度的同时,不应忽视表层韧性的降低对钛合金微动疲劳性能的不利影响.     

苜蓿草粉对金属材料磨损性能的影响

采用正交试验法在磨料磨损试验机上考察了不同粒度苜蓿草粉对45#钢和HT200灰铸铁磨损性能的影响,研究了不同载荷和转速等条件下的磨料磨损行为,采用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行观察.结果表明:影响材料磨损性能的因素由大到小依次为转速、磨粒粒度和载荷;苜蓿草粉磨粒对金属材料表面的磨损为硬、软磨粒共同作用的结果;45#钢在硬磨料磨损条件下以显微切削为主要磨损机制,在软磨粒磨损条件下以多次塑性变形和低周期疲劳为主要磨损机制;HT200灰铸铁以塑性变形而产生的脆化剥落为主要磨损机制.     

镧对38CrMoAl钢氮化层组织和抗冲蚀磨损性能的影响

考察了在气体氮化渗剂中加入微量镧元素对３８ＣｒＭｏＡｌ钢氮化层组织,韧性及抗冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,含镧的氮化层的韧性和抗冲蚀磨损性能明显优于普通氮化层。这是由于镧在氮化时渗入到钢表层并发生微合金化,从而改善渗层的组织所致,采用扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌进行观察发现,普通氮化层的磨损机理为塑性变形及犁沟剥落,并伴随着横向裂纹的萌生和大块磨屑的剥落,而含镧的氮化层和磨损机理为塑性     

M80S20喷涂层,喷熔层及激光涂敷层的显微组织和耐磨性之研究

本文采用(Fe,Cr,Ni,W,Mo)_(80)(B,Si,C)_(20)铁基非晶自熔合金粉末对20钢材进行了热喷涂、喷熔和激光涂敷等表面处理,研究了这3种涂层的显微组织、成分及硬度分布和耐磨性。作者指出,喷涂层由于层内有一定数量高硬度的合金非晶质点存在,其耐磨性是钢基体的4.9倍;喷熔层内合金晶化产生的晶粒细小,合金元素能起固溶强化作用,也能生成化合物产生弥散硬化作用,故此耐磨性是钢基体的6.3倍;激光涂敷层除所含合金元素产生的固溶强化和弥散硬化作用外,表层组织为高硬度的枝晶+共晶和马氏体,故其耐磨性是钢基体的8.8倍。     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

纳米SiO2／CeO2复合磨粒的制备及其抛光特性研究

以尿素[CO(NH2)2]、(NH4)2Ce(NO3)6和SiO2为原料,采用均相沉淀法制备1种新型纳米SiO2/CeO2复合磨粒,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、飞行时间二次离子质谱仪和扫描电子显微镜等分析手段对其结构进行表征,并将SiO2/CeO2复合磨粒配置成抛光液在数字光盘玻璃基片上进行化学机械抛光试验.结果表明:所制备的SiO2/CeO2复合磨粒的平均晶粒度为19.64 nm,粒度分布均匀;经过1 h抛光后,玻璃基片的平均表面粗糙度(Ra)由1.644 nm降至0.971 nm;抛光后玻璃基片表面变得光滑、平坦,表面微观起伏较小.     

纳米SiO2/CeO2复合磨粒的制备及其抛光特性研究

以尿素[CO(NH2)2]、(NH4)2Ce(NO3)6和SiO2为原料,采用均相沉淀法制备1种新型纳米SiO2/CeO2复合磨粒,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、飞行时间二次离子质谱仪和扫描电子显微镜等分析手段对其结构进行表征,并将SiO2/CeO2复合磨粒配置成抛光液在数字光盘玻璃基片上进行化学机械抛光试验.结果表明所制备的SiO2/CeO2复合磨粒的平均晶粒度为19.64 nm,粒度分布均匀;经过1 h抛光后,玻璃基片的平均表面粗糙度(Ra)由1.644 nm降至0.971 nm;抛光后玻璃基片表面变得光滑、平坦,表面微观起伏较小.