Ni_3Al基高温自润滑复合涂层的制备和摩擦学性能

采用高能球磨结合喷雾造粒制备喷涂喂料,利用等离子喷涂方法制备Ni_3Al基高温自润滑复合涂层,通过HT-1000销-盘式高温摩擦试验机测试大气气氛不同温度下涂层的摩擦磨损性能,并采用SEM、EDS和Raman等表征分析涂层微观组织、物相组成和摩擦磨损机理.结果表明:涂层在25℃至800℃具有良好的自润滑性能,摩擦系数为0.14～0.42,磨损率为2.41×10~(–4)～5.76×10~(–4) mm~3/(Nm). 25℃到400℃之间,随温度升高,Ni_3Al金属间化合物韧性和软金属银塑性变形能力均提高,形成了有效的转移润滑膜,从而提高了涂层摩擦学性能,涂层磨损形式主要为脆性断裂、磨粒磨损和黏着磨损;600℃时软金属Ag过度软化,BaF_2/CaF_2共晶脆-塑性转变不完全,磨损表面不能形成完整致密的润滑膜,摩擦系数和磨损率大幅升高,涂层的磨损形式主要为剥层磨损和磨粒磨损;800℃时磨损表面形成富含NiO、Ag_2MoO_4和NiCr_2O_4等高温润滑剂的连续光滑釉质层,摩擦系数和磨损率大幅降低,磨损形式主要为氧化磨损和黏着磨损.     

等离子沉积Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN涂层的抗Al熔滴粘蚀特性

本文作者制备了等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·CaF_2-Y-Ag-hBN高温固体自润滑涂层,研究了不同角度金属熔滴Al对该涂层试样表面的粘蚀能力以及在不同温度下的摩擦系数.研究表明:等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·Ca F_2-Y-AghBN高温固体自润滑涂层在宽温域(30~800℃)的摩擦系数达到0.086~0.299.金属熔滴Al对涂层的粘蚀速度随沉积角度的增加而增加,90°时金属熔滴在涂层与基体表面沉积率最大,此时钢基体的平均沉积率达176.22 mg/(cm~2·s),含hBN的固体自润滑涂层的沉积率为58 mg/(cm~2·s).金属Ni粘蚀物抛磨剥落速率显示,hBN的存在有效降低了金属Al熔滴在涂层表面的粘蚀能力.     

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.     

Ni3Al基自润滑复合材料摩擦学性能的研究

采用真空热压烧结方法制备了Ni3Al基自润滑复合材料,通过HT-1000型球盘式高温摩擦仪分别测试了不同条件下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明：复合材料在20～1 000℃均具有良好的自润滑性能,其摩擦系数在0.24～0.43之间.研究发现复合材料在低载（5 N、滑动速度为0.2 m/s）低温（20～400℃）下具有最低的摩擦系数（0.24～0.29）,但在低载高温下（600℃以上）摩擦系数较高（0.39～0.41）;而在高载（20 N）时在整个温度测试区间（20～1 000℃）拥有低而稳定的摩擦系数（0.28～0.31）.Ni3Al基自润滑材料优异的高温摩擦学性能归因于高温下材料摩擦表面形成的银、氟化物、氧化物以及钼酸盐等低剪切化合物的协同润滑作用.     

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...     

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni₃Al基复合粉末，利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成，对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时，载荷增加促进了润滑相的“析出效应”，但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”，使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势；400~600 ℃时，载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程，降低磨损表面剪切强度，从而使摩擦系数和磨损率持续降低；800 ℃时，磨损表面形成富含NiCr₂O₄、Ag₂MoO₄和NiO的连续、光滑釉质层，但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落，导致摩擦学性能下降.      

MoO3-ZnO/镍基复合涂层制备及其摩擦学性能研究

利用等离子喷涂工艺制备了含氧化物(MoO₃-ZnO)的镍基复合涂层,通过UMT-3球盘式高温摩擦试验机评价了复合涂层在室温、400和800 ℃下的摩擦学性能,并采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及拉曼光谱仪(Raman)等分析手段研究了涂层微观组织、物相组成以及磨损机理. 结果表明:在室温和400 ℃,复合涂层的摩擦系数和磨损率均高于Ni-5%Al金属基底,且随着氧化物含量的增加,润滑和耐磨性能均被削弱,主要表现为磨粒磨损和黏着磨损. 在800 ℃,MoO₃和ZnO的添加可以有效改善复合涂层的摩擦性能,随着其含量的增加,摩擦系数变化不明显,而磨损率逐渐增加. 特别是添加5%MoO₃和5%ZnO的复合涂层在800 ℃摩擦系数低至0.28,磨损率低至4.22×10?5 mm3/(N·m),其良好的高温润滑耐磨性能得益于摩擦表面二元氧化物(NiO、MoO₃和ZnO)和三元氧化物(ZnMoO₄和NiMoO₄)的协同作用.      

Ni3Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为

采用等离子喷涂法制备Ni₃Al基涂层，分别以316L和Al₂O₃为摩擦偶件，考察25~800 ℃内摩擦偶件材料对涂层摩擦学行为的影响. 结果表明:在软金属Ag析出、BaF₂/CaF₂脆-塑性转变和摩擦氧化协同作用下，随温度升高Ni₃Al/316L和Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副的摩擦系数和磨损率具有一致的变化规律，且Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副性能更佳. 25 ℃时，涂层与316L对摩时发生黏着磨损和磨粒磨损，而与高硬度的Al₂O₃对摩时发生脆性剥层和磨粒磨损，使涂层表面更粗糙导致较高的摩擦系数；Al₂O₃热导率较低，高接触应力作用下产生的大量摩擦热不能及时耗散，剥落材料贮存于剥落坑或黏附于磨损表面，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有较低的磨损率. 200~600 ℃时，高硬度的Al₂O₃对涂层的犁削作用较强导致Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有高的摩擦系数；而涂层在Al₂O₃碾压下发生塑性变形，使其具有较低的磨损率. 800 ℃时，高硬度的Al₂O₃促使磨损表面形成高氧化物含量的润滑膜，使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有低的摩擦系数和高的磨损率.      

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

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.      

Ni包MoS2添加剂对镍基涂层的摩擦磨损性能影响

以Ni包MoS2为润滑剂,Ni60粉末为基体,利用超音速火焰喷涂技术制备镍基固体涂层,研究了Ni包MoS2对Ni60涂层和Ni60/MoS2涂层的显微组织、力学性能以其摩擦磨损性能的影响,并探讨载荷对Ni60/MoS2涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察涂层的磨损表面形貌并分析其磨损机制.结果表明,Ni包MoS2的加入可以降低Ni60涂层的结合强度和显微硬度,使其摩擦系数和磨损率明显降低;Ni60/MoS2涂层的摩擦系数与载荷无关,其磨损率随载荷增加而增大;Ni60涂层的磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损,Ni包MoS2的加入减少了Ni60/MoS2涂层的黏着磨损.     

TA2合金激光熔覆钛基自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能

为提升TA2合金的摩擦学性能,选用Ti-TiC-WS_2复合粉末在TA2合金表面激光熔覆钛基高温自润滑耐磨复合涂层.系统地分析了涂层的物相、显微组织结构和显微硬度;分别在室温(20℃)、250℃和500℃下测试了基体和涂层的摩擦学性能,并分析了其磨损机理.结果表明:涂层的显微硬度(约HV_(0.5)1 005.4)是基体(HV_(0.5)190)的5倍;由于增强相TiC/(Ti,W)C_(1–x)和自润滑相Ti_2SC/TiS的综合效应,相比基体,复合涂层在所有试验温度下均具有较小的摩擦系数和磨损率;随着温度的升高,涂层的摩擦系数先变小后升高,在250℃下具有最低的摩擦系数(0.257);涂层的磨损率随温度的升高一直降低,在500℃下磨损率最低[0.487×10~(–5) mm~3/(Nm)].     

Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究

用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)技术制备了Ni-Mo-Pb O高温自润滑复合材料,分析NiMo-Pb O复合材料的微观组织结构,研究了Ni-Mo-Pb O复合材料从室温至700℃的摩擦学性能.在烧结过程中,Pb O和Mo之间发生了氧化还原反应,SPS烧结制备的Ni-Mo-Pb O复合材料主要由Ni的固溶体、Pb和钼的氧化物组成.复合材料的摩擦和磨损性能与温度有关.Ni-Mo-Pb O复合材料的摩擦系数随着温度的增加先减小后增加.磨损率随着温度的增加先减小后稍有增加.少量的Pb O加入到镍基合金中显著改善了镍基复合材料的高温摩擦磨损性能.尤其在约500℃时,复合材料显现出非常低的摩擦系数(0.09)和磨损率[约2.8×10_(–6) mm_3/(N·m)],这归因于主要由Pb O、少量的Ni O及钼酸盐组成的致密的润滑膜的形成.     

热处理NiAl-Bi2O3涂层的宽温域循环摩擦学行为及高低温润滑相再生机制

采用UMT-3高温摩擦试验机评价了氩气气氛800℃热处理等离子喷涂NiAl-Bi₂O₃涂层在室温至800℃的摩擦磨损性能.通过分析热处理前后涂层及其摩擦表/界面的组成和微结构演变，首次研究了热处理NiAl-Bi₂O₃涂层的高低温润滑相(NiBi、Bi₂O₃和NiO)自适应再生机制及宽温域循环摩擦学行为.结果表明：热处理能使涂层中产生弥散增强的Al₂O₃和具有中低温润滑性的金属间化合物NiBi，提高了涂层室温至800℃的减摩抗磨性能，尤其使涂层在400℃的摩擦系数和磨损率分别从0.39和35.56×10^-5 mm³/(N·m)降至0.28和8.53×10^-5 mm³/(N·m)；在800℃时，接触表面通过摩擦氧化再次产生润滑相(Bi₂O₃、NiO)，并与增强相Al₂     

NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2高温自润滑耐磨涂层的制备与摩擦磨损特性

采用加压氢气还原和固相合金化技术,以BaF2·CaF2共晶、Cr3C2颗粒为核心,制备了NiCr合金包覆的NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2复合粉末,采用大气等离子喷涂技术制备相应涂层.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和SRV摩擦磨损试验机等分析测试技术,研究了涂层组成、结构以及从室温到500 ℃涂层的摩擦磨损性能.研究结果表明:研制的NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2复合涂层是一种性能优良的高温自润滑耐磨涂层,表面包覆的致密NiCr层抑制了喷涂过程中颗粒的氧化、脱碳和烧蚀,涂层的显微硬度和结合强度较高;涂层在室温下的摩擦系数为0.74±0.02,随温度升高摩擦系数逐渐降低,500 ℃时降低为0.38±0.03,涂层和对偶球Si3N4的磨损率与室温相比显著下降.摩擦机理研究发现,高温下BaF2·CaF2共晶软化,导致涂层剪切强度比室温时明显变低,在摩擦表面形成了连续的BaF2·CaF2润滑膜.     

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

Al2O3/TiC基陶瓷刀具材料的高温摩擦磨损性能研究

采用UMT-2球-盘式高温摩擦磨损试验机,考察了A l2O3/TiC基陶瓷刀具材料在200℃至600℃范围内的高温摩擦磨损性能,并分别使用大景深显微镜,白光干涉仪和扫描电镜观察试验后磨痕的轮廓和微观形貌.结果表明：A l2O3/TiC陶瓷刀具的摩擦系数随环境温度的升高先升高,在600℃时开始降低,摩擦系数的数值在0.1~0.4之间;磨损量随着摩擦滑动速度的升高而降低,随着摩擦环境温度的升高而升高,磨损量的数值在4×10-7~9×10-7mm3/（N.m）之间;随着摩擦温度的升高,磨痕轮廓两侧具有明显的材料转移现象,A l2O3/TiC陶瓷材料主要磨损机理是裂纹的产生与材料的脱落.     

Cu-SiO2烧结材料的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金技术制备Cu-SiO2烧结材料,通过定速摩擦磨损试验机研究SiO2含量对Cu-SiO2烧结材料摩擦磨损性能的影响规律,在摩擦速度7.8～47 m/s范围内探讨摩擦速度和SiO2含量与摩擦第三体之间的关系.结果表明:随着SiO2含量增加,材料的摩擦系数升高、磨损量降低,同时材料的硬度增加、密度降低、孔隙度增加;摩擦表面所形成的第三体特征与摩擦速度密切相关,当摩擦速度较低时,所形成的第三体疏松而不连续,与基体的结合强度较低,容易从摩擦表面脱离而增加磨损量;当摩擦速度提高时,所形成的第三体致密连续,与基体的结合强度好,有利于提高摩擦系数和降低磨损量;在摩擦温度过高的情况下,基体金属强度降低,削弱了对SiO2硬质点的夹持能力,SiO2破碎严重而使磨损量增加,同时高温状态的第三体变形大且流动性好,可以起到润滑膜的作用而降低材料的摩擦系数.     

原位合成Ag/Ag2MoO4纳米复合润滑剂对YSZ涂层摩擦学性能的影响

通过大气等离子喷涂工艺制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层，采用真空浸渍技术和水热合成的方法，将含有反应物离子或分子的前驱体溶液引入YSZ涂层内部固有的微裂纹和孔洞等缺陷中，并在缺陷中原位合成了直径约78~111 nm的Ag/Ag₂MoO₄类球形纳米颗粒，首次制备出了YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层. 摩擦试验结果表明:与YSZ涂层相比，YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层由于在室温和600 ℃下形成了润滑层，抑制了YSZ涂层摩擦表面的脆性断裂和磨粒磨损，从而显著降低了涂层的摩擦系数和磨损率，有效提高了涂层的摩擦学性能.      

Ti3SiC2/Inconel718摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2-Inconel 718摩擦副从室温到800 ℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:温度的升高有利于改善Ti3 SiC2-Inconel 718摩擦副的摩擦磨损性能,在800℃时,其摩擦磨损性能优异.随着温度的升高,摩擦系数从室温的0.71降至800℃时的0.37,Ti3SiC2的磨损率从4×10-3 mm3/(N·m)降至10-5mm3/(N·m)以下.高温塑性变形和摩擦氧化物层的形成导致摩擦系数的降低,300℃以下,晶粒的断裂、拔出与脱落以及材料向合金的转移造成了Ti3SiC2高的磨损率,从400℃至800℃,Ti3 SiC2晶粒的断裂与脱落受到明显抑制,其磨损率显著降低.