M50钢强流脉冲电子束Cr合金化的高温摩擦性能

结合磁控溅射与强流脉冲电子束辐照技术在M50钢表面制备了Cr合金化层。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对合金化层的组织结构进行表征分析,研究了Cr合金化层的高温摩擦行为及磨损机制.结果表明:Cr合金化层由表向内依次为Cr含量较高的体心立方(BCC)Fe-Cr固溶体、奥氏体和马氏体. M50钢与Cr合金化层的高温磨损机制均为氧化磨损。Cr合金化层高温摩擦系数在0.2～0.4之间,低于M50钢0.5～0.8,具有一定的自润滑效果. SEM和能谱分析表明:Cr合金化层在高温摩擦过程中优先生成与基体结合良好的低摩擦系数的氧化铬膜是其摩擦系数降低的主要因素.     

基体预注氮改善PECVD TiN镀层的耐磨性能

作者考察了基体离子注氮预处理对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)TiN镀层结合强度及耐磨性的影响。结果表明,基体经离子注氮预处理的PECVD TiN镀层之结合强度比基体未经离子注氮预处理的高,油润滑条件下的耐磨寿命也比后者的长,干摩擦条件下的耐磨性更比后者的好。X-射线衍射及电子探针分析发现,基体经离子注氮预处理后镀层的TiN(200)峰宽化,镀层与基体的界面变宽。     

碳化硼-碳化硼摩擦副的摩擦磨损特性研究

考察了热压碳化硼-碳化硼摩擦副在室温下的摩擦磨损特性,并采用X射线衍射仪测定了磨损表面的物相组成。结果表明：碳化硼-碳化硼摩擦副的摩擦系数随滑行距离和载荷的增加而减小,最低摩擦系数为0．09;在低载荷下初始阶段摩擦系数较高(0．3～0．4),磨损率极低,无法用表面轮廓仪测得,磨损表面X射线衍射分析表明,在摩擦过程中接触表面发生了摩擦化学反应,生成了B2O3和H3BO3等物质,从而使摩擦系数降低。     

采用粉末冶金法制备Ag_2MoO_4/Ag自润滑涂层及其性能研究

由于Ag_2MoO_4在100℃～600℃温度范围内具有良好的润滑性能以及良好的高温稳定性,本文采用高能球磨和粉末冶金技术制备以Ag_2MoO_4和Ag为复合润滑相的试样,并研究了室温时,润滑相含量对试样摩擦磨损性能的影响。研究表明:随着润滑相含量增加,烧结试样孔隙率明显降低;但当润滑相含量增加到15%以后,孔隙率降低不明显。常温时的摩擦实验表明:在润滑相含量(Ag_2MoO_4-Ag)从5%增加到20%时,试样的摩擦系数随之降低;但是当润滑相含量增加到15%后,润滑相含量的增加对摩擦系数影响不明显。同时,随着润滑相含量增加,试样摩擦磨损形貌更优,表面磨屑、犁沟更少,更有利于润滑膜形成。试样中润滑相(Ag2MoO4-Ag)含量为15%时其摩擦性能最佳。     

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).     

温度对电沉积纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层磨损性能和行为的影响

本文中使用电沉积方法在铜基表面分别制备了纯银镀层和纯银/银石墨复合镀层,研究了不同温度下两种镀层的磨损性能和行为.研究表明:室温至120℃,纯银镀层磨损机理为轻微的黏着磨损,摩擦系数稳定在0.35~0.45左右,磨损率为3×10~(-14) m~3/(N·m)左右;240~480℃,镀层磨损机理为明显的黏着磨损,磨损率急剧增加,摩擦系数不稳定.纯银/银石墨复合镀层在室温至240℃的磨损机理为轻微的黏着磨损,平均摩擦系数在0.1左右,磨损率增加缓慢;当温度超过240℃时,由于抗高温石墨膜的破裂,出现了严重的塑性变形;480℃时,复合镀层磨损机理主要表现为明显的磨粒磨损,摩擦系数不稳定,磨损率达到46×10~(-14) m~3/(N·m),耐磨性优于纯银镀层.     

碳含量对磁控溅射Cr／C镀层摩擦磨损性能的影响

采用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上制备Cr/C镀层,利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析镀层结构及元素状态,采用显微硬度计测量镀层的硬度及韧性,通过销-盘式摩擦磨损试验机及光学显微镜研究镀层不同磨损阶段的磨损行为.结果表明:镀层由C、Cr及Cr3C2等相组成;随着碳含量增加,镀层的硬度从HV1 300升至HV1 900,韧性变差;与未镀层的基体相比,镀层的摩擦系数从0.70降至0.48,当碳含量为74%时,摩擦系数降至0.35;增加碳含量能够明显改善镀层的抗黏着性能,碳含量为14%及40%的镀层以严重的黏着磨损为主,而碳含量为74%镀层的黏着程度最轻,其磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主.     

工艺参数对PECVD TiN镀层性能的影响

本文考察了工艺参数对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)TiN镀层性能的影响,并且研究了镀层的摩擦学性能与其物理机械性能及结晶学特征之间的关系。结果表明,当N/H比为1、Ti/N比为21、沉积温度为400℃和离化电压为1500V时,镀层具有较好的机械性能及耐磨性能。X—射线衍射分析表明,在本试验条件下所获镀层均为(200)面择优取向。作者指出,要制取理想的TiN镀层,离化电压应不低于1500V,沉积温度必须高于300℃。     

电沉积方式对纳米晶钴镀层的结构和摩擦学性能影响研究

采用不同电沉积方式制备了不同结构和晶粒尺寸的纳米晶钴(Co)镀层.采用扫描电镜和X-射线衍射仪分别分析了镀层表面形貌、晶相结构与晶粒尺寸.采用MV-2T显微硬度计测试镀层的硬度.最后采用UMT-3M多功能摩擦磨损试验机对镀层的摩擦和磨损性能进行了评价,并用扫描电镜对其磨损表面进行了观察分析.结果表明:电沉积方式对制备的纳米Co镀层的晶相结构、晶粒尺寸、镀层形貌和摩擦磨损性能影响显著;采用双脉冲制备的纳米Co镀层具有最小的晶粒尺寸、最高的硬度及较好的耐磨性能;采用单双脉冲混合电镀制备的纳米Co镀层表面针孔孔洞直径最小,结构最致密,耐磨性能最好.这些研究结果说明可通过优化电沉积方式来提高镀层的结构致密性,改善其硬度和耐磨性能.     

GCr15钢球／Cr7C3涂层盘摩擦副在大气与真空中摩擦学性能的比较

本文比较了Cr_7C_3硬质涂层盘与钢球组成的滑动摩擦副在真空和大气中的干摩擦磨损特性,发现在真空中的平均滑动摩擦系数μ和钢球体积磨损率△W都比在大气中的低;对于动态滑动摩擦系数μ,存在一个临界滑动距离Sc,当滑动距离S小于这一距离时,μ_(真空)>μ_(大气),而当S超过这一距离时,则μ_(真空)<μ_(大气)。通过磨痕形貌扫描电子显微镜观测和微区X-射线能谱成分分析,发现由于真空中的粘着作用和摩擦热效应都明显增强,涂层中的Cr原子更容易向钢磨损表面转移并形成(Fe,Cr)碳化物膜,因而使μ和△W均下降。文章还讨论了转移膜的形成速率与载荷及滑动速度的关系,以及转移膜与摩擦振动的关系等。     

铁-钼-硫合金在真空中的自润滑性

我们制备了含钼15％～20％、含硫3％的铁基三元合金,並将其作为一种自润滑材料,在栓-盘式试验机上进行了检验,评价了它们在低真空中的摩擦磨损性能。实验的滑动速度在0.1～0.9米/秒的范围内。 我们发现,在这种合金的基体中,生成了一种原子比不定的钼的硫化物—MoSx(x≈1.8),其结构类似于MoS_2。这种合金的摩擦性能要受到周围气压的影响,它在空气中滑动摩擦时,界面上会发生氧化,生成α-Fe_2O_3,使摩擦系数增大到0.7。但是,在气压低于10~3帕的真空中(1帕=1牛顿/米~2—译者),该合金却呈现出良好的润滑性,其摩擦系数之低可与MoS_2相比。在实验所用的各种气压条件下,该合金的磨损率都明显地小于S45℃碳钢(AISI1045)。     

相结构对氮化钛硼薄膜摩擦磨损性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射系统在单晶硅片表面制备TiBxNy薄膜,采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱议测定TiBxNy薄膜的相结构和成分,采用销-盘式摩擦磨损试验机研究TiBxNy薄膜的滑动干摩擦磨损性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪表征薄膜的磨痕表面结构及其化学特征.研究表明:TiBxNy薄膜的相结构与N含量有关,在TiB0.65薄膜中加入N能够促使纳米晶TiN的形成;薄膜的摩擦系数和磨损率与其相结构有关,随着薄膜中TiN的体积分数增加,摩擦系数增大,磨损率降低;当薄膜中N含量约为37at.%时,TiN的体积分数和摩擦系数最高,磨损率最低;增加N含量促使h-BN相形成,且h-BN相的体积分数随N含量的增加而增大,h-BN相的形成降低了摩擦系数,增加了磨损率;在摩擦过程中磨屑发生氧化而生成钛的氧化物TiO、Ti2O3、TiO2以及少量硼(B)的氧化物.     

多晶薄膜X-射线衍射

作者在普通X-射线衍射仪上实施了样品倾斜X-射线衍射(STD)技术,不需要专用薄膜附件(TFA)也能很好地进行薄膜结构的测定,并且给出其衍射能量方程和方位角方程,从而使理论、实验和结构解析结合为一体。目前,应用该技术已经成功地解决了一些其它简便方法所无法解决的诸如物相纵向分布变化测量等问题。本文还通过几种摩擦学用膜的测定结果阐明了该技术的应用及功能。     

NiAlCoCrFeTi系高熵高温合金的摩擦学性能研究

采用真空电弧熔炼技术制备了NiAlCoCrFeTi (HESA-1)和NiAlCoCrFeTiTaMoW (HESA-2)这2种典型的高熵高温合金,研究了其微观组织、力学性能和25～900℃的摩擦学性能.结果表明：2种合金均由无序面心立方晶格(FCC)结构的γ相和有序FCC结构的γ’相组成;γ相使该合金具有良好的塑性和韧性,γ’相赋予其较高的强度和硬度. 25～900℃,2种合金的摩擦系数和磨损率均随温度的升高而呈下降趋势. 25℃时,磨损机制主要为磨粒磨损,摩擦系数较大且磨损率较高. 400℃以上时,在摩擦氧化和热氧化的作用下,磨痕表面开始形成1层不连续的氧化物釉质层,摩擦系数和磨损率均有所降低.当温度达到900℃时,磨痕表面上形成了1层光滑且致密的氧化物釉质层,该釉质层具有良好的减摩抗磨作用,使HESA-1和HESA-2这2种合金的摩擦系数分别降至0.26和0.25,磨损率分别降至13.3×10^-6和8.0×10^-6 mm³/(N·m).在高温摩擦过程中,合金表面的Al、Cr、Ni和Co等元素在摩擦热和环境热的共同作...     

氮化钒(VN)涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为

采用真空阴极电弧离子镀方法制备氮化钒(VN)涂层,并研究了VN涂层的结构、力学性能以及不同载荷对摩擦磨损行为的影响. 结果表明:VN涂层结构致密并呈柱状方式生长,其晶体类型为NaCl-型面心立方结构. 涂层具有强的膜基结合力以及良好的摩擦学性能. 随着载荷增加,VN涂层的摩擦系数降低,而磨损率增加. 基于赫兹弹性接触模型以及摩擦产物的成分分析结果,发现载荷越大,界面接触应力越大,界面摩擦化学反应越剧烈,这有利于降低剪切应力并促进V元素氧化生成V₂O₅润滑相,导致摩擦系数降低. 此外,因韧性不足、抗塑性变形能力弱等原因,随载荷增加,涂层磨损率增大.      

Ni-Nb-Fe-Se合金摩擦学性能的研究

作者详细地考察了合金元素和摩擦学条件等因素对中频感应熔炼、精铸成型法制备的Ni-Nb-Fe-Se合金之摩擦磨损性能的影响,并且利用X-射线衍射仪和电子显微镜(配EDAX)等对合金的相结构和显微组织,以及几种试验条件下合金试样的磨损表面形貌进行了分析。结果表明,只要合金所含的Nb和Se适量,其在较宽的温度范围内就会具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性。作者认为,Ni-Nb-Fe-Se合金中的NbSe_2块状组织和NbxSe_2(x=1.00～1.10)条状组织对改善合金的摩擦学性能起着至关重要的作用。     

聚晶立方氮化硼刀具切削高锰钢的磨损机制

在半精加工试验条件(切削深度ap=0．5mm，进给量f=0．3mm／r，干切)下研究了聚晶立方氮化硼刀具切削奥氏体高锰钢时的磨损机制，用WDH-Ⅱ型光电温度计测量了切削温度，用工具显微镜测量后刀面磨损量，进而考察了切削时间和切削速度对后刀面磨损量的影响，采用S-250MK型扫描电子显微镜观察刀具前、后刀面的磨损形貌和组成变化．结果表明：当切削温度为400～750℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢中的γ相及其析出相(Fe，Mn)3C之间产生严重的机械磨损；当切削温度超过800℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢单一γ相之间产生扩散磨损；聚晶立方氮化硼刀具适合于高速切削.     

缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用研究

利用柠檬酸体系抛光液研究了苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂对铜化学机械抛光过程和抛光效果的影响,并通过X射线光电子能谱仪、紫外可见吸收光谱仪及表面电位测试和电化学分析等手段分析了抛光液中BTA缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用机理.结果表明,当H2O2存在时,抛光液中BTA作为阳极缓蚀剂吸附在抛光表面,提高了阳极铜溶解的平衡电位,并通过缩合反应生成保护膜,减小了抛光后的表面粗糙度,提高了表面质量,同时在一定程度上增加了抛光过程中的摩擦系数.另外,BTA对SiO2抛光磨粒具有一定的吸附作用,进而对抛光效果产生一定的影响,抛光磨粒表面吸附层的存在会减小抛光过程中的摩擦系数.     

二硫化钼表面氧化行为的研究——Ⅰ.不同化学计量比MoS_2表面氧化行为的研究

本文利用X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪和电子显微镜对不同化学计量比的MoS_2表面氧化行为进行了研究。结果表明,完整的MoS_2(002)表面在350℃时的热稳定性能良好,即使在450℃下于短时间内也未发生明显的氧化,这与它有序的原子排列结构有关;然而一旦破碎就表现出与单晶表面不同的化学稳定性,甚至在室温就发生表面氧化;MoS_2(002)经60°倾角入射的Ar~+刻蚀微细化可使表面积增大,容易与空气中的氧反应生成稳定的钼的氧化物;天然MoS_2单晶的S、Mo原子比约为1.8∶1.0,经反复摩擦后S、Mo原子比发生了变化,生成非化学计量比的MoSx(x<1.8),Mo~(4+)向较低化学价态转变,致使MoSx的Mo原子有更多的悬空链,这是导致表面氧化失效的化学因素。     

磁控溅射制备BCN薄膜纳米力学和摩擦磨损行为的研究

利用直流磁控溅射技术制备三元BCN薄膜，通过改变N2／Ar流量比（0．0～0．3）得到不同含氮量的薄膜．采用X射线光电子能谱仪和傅立叶红外光谱仪分析薄膜的成分和结构，采用纳米压入仪分析薄膜的纳米力学性能和纳米摩擦磨损特性，分别采用连续刚度测量法和横向力测量法测试薄膜的硬度和划痕行为．结果表明：薄膜中氮含量随N2／Ar流量比增加而增大并趋于稳定；反应气体中的氮优先与硼结合生成B—N键，当N2／Ar流量比超过一定值后，部分氮与碳结合生成C=N键；薄膜的纳米硬度和弹性模量随薄膜中氮含量的增加而下降；BCN薄膜的划痕深度与薄膜的结构密切相关，而摩擦系数受薄膜结构的影响不明显；在相同载荷下薄膜的划痕深度随薄膜中氮含量增加而增大；对于同一试样，薄膜在未破裂之前摩擦系数基本保持在0．10左右，薄膜破裂后摩擦系数迅速增至0．46．