冲蚀与气蚀复合磨损试验研究

通过改造MCF-30型冲蚀腐蚀试验机,建立了水、沙、气三相流冲蚀磨损试验装置;试验研究了水、沙混合流场中试样的磨损特征,通过扫描电子显微镜观测了三相流冲蚀磨损表面,并借助计算机模拟分析水、沙混合条件下产生气蚀破坏的条件.结果表明:合理的设计可以实现冲蚀与气蚀的复合磨损模拟试验;形成三相流共同作用下的冲蚀与气蚀复合磨损重要条件为介质中含有较多气体,并且在试样中有气泡溃灭.三相流磨损模拟试验与仿真为进一步开展三相流气蚀与冲蚀磨损研究奠定了基础.     

以超声振动原理模拟滑动轴承的气蚀磨损

采用超声振动原理建立了滑动轴承气蚀磨损模拟试验装置,并用该试验装置研究了滑动轴承气蚀磨损现象,通过分析比较大量实验研究结果,发现了一些新的气蚀现象,并对滑动轴承气蚀机理进行了分析。     

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.     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

等离子喷涂纳米FeS涂层的摩擦磨损性能研究

利用等离子喷涂技术在GCr15钢表面制备出纳米FeS固体润滑涂层,采用MHK-500型摩擦磨损试验机评价了FeS涂层在油润滑和干摩擦2种条件下的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析了涂层的形貌、结构、物相组成和磨损表面形貌.结果表明,纳米FeS涂层的物相主要为六方FeS,还有少量Fe1-xS和氧化物,涂层由尺寸在50～100 nm的颗粒组成.与GCr15钢相比,纳米FeS涂层的减摩耐磨性明显提高,尤其在油润滑条件下摩擦系数降低1倍,在高载荷(375 N)条件下磨痕宽度降低近1倍.在油润滑和干摩擦条件下,FeS涂层的主要磨损失效形式均为塑性变形.     

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.     

含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究

采用电弧喷涂含WC-CoNi金属陶瓷粉末的粉芯丝材,在低碳钢基体上制备铁基复合涂层,采用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的耐磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析.结果表明:含WC陶瓷相涂层的耐磨粒磨损性能较好,相对Q235钢提高约9倍;当粉芯中WC质量分数低于25%时,随着WC含量增加,涂层的硬度和耐磨性增加;当粉芯中WC质量分数超过25%后,涂层的耐磨性有所下降;电弧喷涂含WC陶瓷相涂层的磨损机制主要为硬质相的脆性剥离和轻微的塑性切削,在磨粒磨损条件下硬度较低的金属基体先磨损,硬度较高的WC和Fe3B硬质相起到阻止石英砂磨损的作用,从而降低了涂层的磨损.     

氯化橡胶涂层冲蚀磨损行为的研究

针对含有海砂的海水环境,研究了氯化橡胶涂层在不同冲击角度、不同海砂浓度的环境中的冲蚀磨损行为及机理.结果表明:在含砂的海水环境中,氯化橡胶涂层的最大冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为67.5°,最小冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为22.5°;在不同冲蚀角度下,冲蚀磨损量均随着海砂浓度的增加而增加;低角度冲蚀磨损时,涂层的破坏形式主要以切削和犁削为主,高角度下,涂层的破坏形式则以变形与凿击为主.     

油润滑条件下FeBSiNb非晶涂层磨损性能研究

基于机器人自动化高速电弧喷涂技术在45^#钢基体上制备了FeBSiNb非晶涂层.研究了非晶涂层在油润滑条件下磨损时间、线速度和载荷对涂层的磨损行为.采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDAX)和X射线衍射仪(XRD)等仪器对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的微观力学性能进行了分析.结果表明:涂层具有非晶态结构,组织均匀,层状结构紧凑,具有较低的孔隙率(1.4%)和较高的显微硬度(16.42 GPa).随着磨损速度升高,载荷增加,涂层的磨损率也随之增加.FeBSiNb非晶涂层具有良好的耐磨性,同一磨损条件下,其相对耐磨性为3Cr13涂层的6倍.FeBSiNb非晶涂层的磨损机制主要为脆性疲劳剥落.     

均匀设计研究火焰喷涂尼龙1010涂层干摩擦磨损性能

利用均匀试验设计方法考察了火焰喷涂尼龙1010涂层在干摩擦条件下同GCr15钢配副时的摩擦磨损性能；利用SPSS统计软件对试验结果进行了回归分析，建立了涂层摩擦系数和磨损质量损失同pv值相关性的数学模型；采用扫描电子显微镜分析了涂层磨损表面形貌，进而探讨了涂层的磨损机理．结果表明，所建立的回归模型可信、可行，具有显著性和统计意义；火焰喷涂尼龙1010涂层在不同试验条件下的摩擦磨损性能同pv值密切相关；这是由于尼龙1010涂层的粘弹性因摩擦表面温度不同而明显不同所致；当pv值较低时，涂层摩擦表面温度相对较低，涂层仅发生弹性变形，相应的摩擦系数较小；随着pv值的增加，涂层摩擦表面温度升高、破坏加剧，故摩擦系数和磨损质量损失增大；当pv值足够大时，涂层摩擦表面温度进一步升高，部分涂层发生熔融并形成润滑膜，相应的摩擦系数和磨损质量损失降低．涂层的主要磨损机理为塑性变形、疲劳磨损和粘着磨损。     

电弧喷涂铁基非晶涂层的磨粒磨损性能研究

用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备一种高非晶含量的Fe基合金涂层.用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面进行分析.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,通过Verdon方法对XRD图谱进行Pseudo-Voigt函数拟合,计算得出涂层的非晶相含量约为49%.涂层呈典型的层状组织结构,结构致密,孔隙率低,具有很高的硬度和耐磨性,显微硬度在HV900~1 050范围内,属于硬质涂层.涂层耐磨粒磨损性能为Q235钢的12.2倍.其磨损机制主要为脆性剥落.     

涂铁基非晶涂层的磨粒磨损性能研究

用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备一种高非晶含量的Fe基合金涂层.用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面进行分析.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,通过Verdon方法对XRD图谱进行Pseudo-Voigt函数拟合,计算得出涂层的非晶相含量约为49%.涂层呈典型的层状组织结构,结构致密,孔隙率低,具有很高的硬度和耐磨性,显微硬度在HV900~1 050范围内,属于硬质涂层.涂层耐磨粒磨损性能为Q235钢的12.2倍.其磨损机制主要为脆性剥落.     

聚四氟蜡粘结复合涂层的摩擦磨损性能研究

在45#钢块表面采用喷涂方法制备了聚四氟蜡粘结复合涂层和聚四氟乙烯粘结复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析聚四氟蜡粘结复合涂层在不同固化温度下的结构变化,在国产MHK-500型摩擦磨损试验机上考察固化温度、载荷及速度对2种复合涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察复合涂层磨损表面及其偶件环磨损表面的形貌.结果表明:固化温度对聚四氟乙烯粘结复合涂层耐磨寿命的影响不大,而对聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命影响很大;在120 ℃固化时聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命比在常温固化时提高1倍;速度与载荷对聚四氟蜡粘结复合涂层摩擦磨损性能的影响较大,在低载荷、高速试验条件下,复合涂层具有良好的减摩耐磨性能.     

M2钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层的高温滑动磨损特性

研究了Ｍ２高速钢基体离子氮化和离子镀ＴｉＮ复合涂层在５００￣７００℃下的高温滑动磨损特性,利用ＸＲＤ分析了涂层的相结构,用划痕法测定了涂层的结合力,并用ＳＥＭ观察分析了涂层磨损表现形貌和磨损机离子氮化与离子镀ＴｉＮ复合涂层的结合力和硬度均高于ＴｉＮ涂层,其高温耐磨性优于ＴｉＮ涂层磨损随温度升高,各涂层的磨损率和摩擦系数均,离子氮化过渡层对ＴｉＮ涂层起到有力的支撑作用,涂层的主要磨损机制为粘着磨损、     

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能

基于机器人自动化高速电弧喷涂技术在45#钢基体上制备了铁基纳米结构涂层.研究了纳米结构涂层在不同磨损速度?不同载荷下的磨损行为,并利用3Cr13涂层进行对比试验.采用扫描电镜?能谱分析仪,透射电镜和X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析.结果表明:涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;平均尺寸为46nm的α(Fe,Cr)相纳米晶均匀分布于非晶基体内.涂层的组织均匀,结构致密,平均孔隙率含量为1.7%.纳米结构涂层具有较高的显微硬度;随着磨损速度升高,载荷增加,纳米结构涂层的磨损量也随之增加.纳米结构涂层具有良好的耐磨性,同一磨损条件下,其相对耐磨性为3Cr13涂层的2.6倍.纳米结构涂层主要磨损机制为脆性断裂机制.     

高体积分数(Cr,Fe)7C3增强Fe基涂层的组织及耐磨性研究

以FeCrNiBSi与Cr3C2粉末为原料,采用等离子熔覆技术在Q235表面通过原位反应制备了高体积分数六方柱(Cr,Fe)7C3碳化物增强Fe基涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、XRD射线衍射观察分析了涂层的显微组织结构,同时在M-2000型磨损试验机上考察了恒载荷及变载荷涂层滑动干摩擦时的耐磨性能.结果表明:涂层主要组织为初生(Cr,Fe)7C3碳化物、α-Fe及末溶的Cr3C2,其中(Cr,Fe)7C3在整个涂层中的分布较均匀,平均体积分数达75％,显微硬度为HV0.5(1218～1524),由于高体积分数硬质相的存在,涂层恒载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的9倍,变载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的14倍,涂层的磨损机制为(Cr,Fe)7C3碳化物在高切向应力作用下产生裂纹,发生脆性剥落,随着载荷的增加,逐渐由磨粒磨损转变为氧化磨损.     

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层.该涂层具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物(VOC),是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层.采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理.结果表明:所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用.相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂.     

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图. 研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大. 涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区. 接触应力越大,涂层磨损寿命越短. 基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.      

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦学性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了FeCrBSiMnNbW非晶纳米晶涂层.研究了涂层材料在干摩擦条件下的摩擦学性能.采用配备有能谱分析仪（EDAX）的扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对涂层的微观组织结构进行了表征.采用显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析,摩擦磨损试验在UMT-2型摩擦磨损试验机上进行,并采用三维白光干涉表面形貌仪（Phase Shift MicroWAM-3D）测定磨损量.结果表明：涂层组织均匀、结构致密、氧化物含量低,涂层主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度和弹性模量;在相同的试验条件下,非晶纳米晶合金涂层的相对耐磨性是传统3Cr13涂层的3倍;磨损机制主要为典型的脆性剥落.     

等离子喷涂纳米WC-12％Co涂层与陶瓷和不锈钢配副时的摩擦磨损性能对比研究

利用大气等离子喷涂技术制备了纳米和微米WC-12%Co涂层,采用SRV摩擦磨损试验机考察了纳米和微米WC-12%Co涂层在干摩擦条件下分别与Si3N4陶瓷球和不锈钢球配副时的摩擦磨损性能.结果表明:在相同试验条件下,纳米和微米WC-12%Co涂层分别与Si3N4陶瓷球和不锈钢球配副时的摩擦系数相差不大,但纳米WC-12%Co涂层的抗磨件能明显优于微米WC-12%Co涂层;2种涂层的磨损机制差异亦较小,纳米涂层在低载荷下的主要磨损机制为微断裂和轻微磨粒磨损,而在较高载荷下的磨损机制为硬质相的剥落和磨粒磨损;微米涂层在较低载荷下的磨损机制为微断裂和磨粒磨损,在较高载荷下为疲劳磨损.在相同试验条件下,纳米WC-12%Co涂层的磨损表面损伤明显较轻微.