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.     

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.     

采用两种喷涂技术制备铁基合金涂层的摩擦磨损特性研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术和等离子喷涂(ASP)技术,分别在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了铁基非晶合金涂层和铁基非晶纳米晶涂层,研究了2种涂层在室温下的摩擦磨损特性,并探讨其磨损机理.结果表明,2种热喷涂涂层中以等离子喷涂工艺制备的铁基非晶纳米晶涂层的耐磨性较好,其主要原因是等离子喷涂涂层具有高硬度的同时在涂层中弥散分布着纳米晶颗粒,两者共同增强了涂层的耐磨性能.采用等离子喷涂技术制备的涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,而超音速火焰喷涂技术制备的涂层的磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损的综合作用,其中以疲劳磨损为主.     

等离子喷涂铁基涂层的疲劳磨损裂纹行为

采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用球盘式疲劳磨损试验机进行涂层的疲劳磨损试验,利用声发射技术在线判断涂层开裂,并通用透射电子显微镜（TEM）分析了试验前后涂层内部微观结构,研究了喷涂层疲劳磨损裂纹的扩展行为。结果表明：制备的涂层致密,结合状态良好,主要相为铁素体,同时存在大量的非晶-纳米晶相,利用声发射技术能够表征涂层的临界失效状态,其内部疲劳磨损裂纹主要以韧性穿晶断裂的形式扩展。     

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.     

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.      

干摩擦条件下3Cr13 涂层的加速磨损机理研究

在MM200摩擦磨损试验机上对高速电弧喷涂3Cr13涂层在干摩擦条件下的加速磨损机理进行了研究.涂层在加速磨损过程中经历了跑合磨损、稳定磨损、剧烈磨损这三个不同的阶段.采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层磨损各阶段的截面形貌、残余应力、硬度和纳米力学性能进行了表征.结果表明:在加速磨损寿命3个阶段中,涂层的磨损机制和影响残余应力的主导因素是动态变化的,过分的冷作硬化加剧了涂层的失效,涂层磨损寿命长短关键在于稳定磨损时间的长短.     

激光熔覆Zr—Al—Ni—Cu复合涂层组织及其摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在 Ti基体上制备了 Zr65Al7.5Ni1 0 Cu1 7.5合金涂层 ,涂层由金属间化合物、少量非晶和纳米晶构成 .分别向涂层中添加 C或 B及 Si等组元 ,使涂层硬度由原来的 10 41H K升高到 10 85 H K和 12 5 2 H K;同时在干摩擦条件下考察了其摩擦磨损行为 .结果表明 ,涂层的摩擦系数分别为 0 .14、0 .16和 0 .17,涂层磨损机制以磨粒磨损、剥层磨损和粘着磨损为主     

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.     

CeO2对WC-Co/Ni60B激光熔覆涂层组织和磨损性能的影响

本文采用激光熔覆的方法,成功制备出了以45#钢为基体,Ni60B自熔性合金粉末为粘结相,微米和纳米WC-12%Co为增强相,含一定量稀土氧化物CeO2的陶瓷颗粒增强金属基复合涂层.在MM200环块磨损试验机上进行了相同磨损距离和不同载荷下的干摩擦滑动磨损试验.研究了CeO2对涂层组织形貌、硬度和磨损性能的影响.结果表明：CeO2的加入对熔覆层的组织起到明显的细化作用,使枝晶生长的方向性减弱,组织趋于均匀;由于硬质相的析出和细晶强化的作用,熔覆涂层的显微硬度值比未添加稀土的涂层有所提高,涂层的耐磨性也相应得到了改善.     

Nano-Ni粉体对Fe/WC涂层组织和性能的影响

在Fe/WC喷涂材料中添加不同量的Nano-Ni粉体,采用亚音速火焰喷涂技术在Q235基体上制备涂层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备进行显微组织、表面形貌观察及物相分析,利用MM-W1磨损试验机和HXD-1000TM型显微硬度仪对涂层的性能进行测试.结果表明:Nano-Ni粉体可以细化涂层组织,提高涂层的致密性,随着Nano-Ni粉体添加量的增大,相应的力学性能均得到提高,在涂层形成过程中Nano-Ni粉体与喷涂材料中的其他成分形成了一些新相,如Fe-Ni固溶体和CeNi3,这些新相为改善涂层组织和提高涂层的力学性能起到积极作用.     

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.     

TiSiN/Ag纳米多层涂层的抗菌及摩擦学性能研究

采用多弧离子镀技术,在Ti-6Al-4V合金表面沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层和TiSiN涂层,研究沉积涂层的结构、抗菌及摩擦学性能.利用X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱仪(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征涂层的成分和结构,用纳米压痕仪测试涂层的硬度.采用Rtec往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦学性能进行研究,评价了涂层对大肠埃希氏菌和枯草芽孢杆菌的抗菌性能.结果表明:与TiSiN涂层相比,TiSiN/Ag多层涂层表现出较低的摩擦系数;两种涂层在海水中磨损率远小于Ti-6Al-4V基底,其中,TiSiN/Ag多层涂层比TiSiN涂层在海水环境中表现出较低的磨损率;对TiSiN/Ag多层涂层进行24 h抗菌试验后,该涂层对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌率分别达到99.98%和100%.     

磁控溅射银层在载流润滑下的电摩擦学性能研究

采用直流磁控溅射法制备了银涂层，用XRD分析了银涂层的组织结构；制备了加入聚苯胺(PANI)作为导电润滑添加剂的聚苯胺润滑脂，利用载流摩擦磨损试验机(HFT-4000)评价了银涂层的摩擦和导电性能. 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析评价了磨损表面. 结果表明:与商品导电润滑脂相比，聚苯胺润滑脂比商用导电润滑脂具有更好的润滑性能和低电阻，同时磁控溅射镀银层比电镀银层具有更好的摩擦学性能和导电性能，其原因归结为电流诱导的热效应和聚苯胺润滑脂在摩擦副表面的摩擦化学效应共同作用的结果.      

TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能及其失效机理研究

采用微弧氧化(PEO)技术在TC4合金(Ti6Al4V钛合金)表面制备了微弧氧化耐磨陶瓷膜层. 利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和摩擦试验机分析测试了微弧氧化膜的结构与组成，考察了膜层在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及其磨损失效机理. 结果表明:基底材料的氧化和电解液化合物的沉积均对微弧氧化膜层的生长起重要作用；微弧氧化有效提高了材料的耐磨性，降低了材料在油润滑条件下的摩擦系数；在干摩擦条件下，摩擦力较大，剪切应力是导致膜层失效的主要因素，在油润滑环境中，压应力是导致膜层失效的主要因素；对微弧氧化膜层进行有效润滑可以极大地提高膜层的使用寿命.      

MPIIID制备TiAlN涂层的高温抗氧化及摩擦性能

采用多源等离子体注入与沉积（MPIIID）装置制备了不同Al含量的TiAlN涂层,利用X射线能谱仪(EDX)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、纳米探针和摩擦试验对涂层的组成以及高温抗氧化和摩擦性能进行分析。结果表明：Al元素的加入明显提高了涂层的高温抗氧化能力,生成的Al2O3能有效地抑制氧的扩散;当Al的质量百分数为6.18%时,涂层硬度最高,约为38GPa,涂层具有良好的摩擦磨损特性。     

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.     

碳钢表面微弧氧化膜的制备及摩擦磨损性能研究

在碳钢表面利用微弧氧化技术分别在以铝酸盐和硅酸盐为主的电解液体系中制备了氧化膜.用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了两种氧化膜的结构、元素含量及分布和相组成;用往复摩擦试验机评价了氧化膜的摩擦磨损性能,并对膜层和对偶表面的磨痕进行了表征.结果表明:铝酸盐体系中制得的微弧氧化膜主要由Fe3O4和铁铝尖晶石(Fe Al2O4)组成,而硅酸盐体系制得的微弧氧化膜成膜元素为Fe、Si和O,并且以非晶态存在.干摩擦条件下,铝酸盐体系中制备的微弧氧化膜具有比硅酸盐体系中制备的微弧氧化膜更低的摩擦系数和磨损率,这是由于铝酸盐中制备的氧化膜含有的Fe3O4在摩擦过程中向对偶发生了一定程度的转移,起到了减摩抗磨的作用.