磁过滤真空弧源沉积技术制备C/C多层类金刚石膜及其摩擦磨损性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Si基体和GCr15基体表面制备了C/C多层DLC膜,通过X射线光电子能谱仪分析薄膜结构特征;用原子力显微镜观察C/C多层DLC膜的表面形貌;采用台阶仪测试薄膜厚度;利用纳米硬度仪测试薄膜纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上进行C/C多层DLC膜在大气下的摩擦性能评价,同时比较了单层DLC膜、TiN膜和C/C多层DLC膜的耐磨性能.结果表明:C/C多层DLC膜表面光滑、致密,厚度达0.7 μm,硬度高达68 GPa,与SiC球对摩时的摩擦系数为0.10左右,耐磨性明显优于单层DLC膜和TiN膜.     

辉光等离子渗镀合成TiN/Ti渗镀扩散层摩擦磨损性能的研究

采用双层辉光等离子渗金属技术,在低碳钢表面制备出超硬耐磨TiN/Ti渗镀扩散层,观察分析了TiN渗镀扩散层的成分及显微组织,并评价了其硬度和室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的TiN/Ti复合渗镀扩散层表面为均匀的胞状物,Ti和N原子由表层向内呈梯度分布,与一般表面沉积的TiN层不同,属于冶金结合;所形成的TiN复合渗镀层厚度可达10 μm左右,TiN层择优取向为(200)晶面;TiN层硬度较高(约2 200HV),在干滑动摩擦磨损条件下具有较低的摩擦系数及优异的耐磨性能.     

空心圆柱滚子轴承及其磨损问题

空心圆柱滚子轴承是一种新型滚动轴承,其结构特点是滚动体的空心度大于50％,无保持架,满装滚子和滚动体始终受有预负荷。它具有高刚度、高回转精度和高极限转速等特性,特别适用于机床主轴轴承。空心圆柱滚子轴承的主要失效形式是磨损和滚动体的弯曲疲劳断裂。     

六种典型表面强化层的摩擦学特性研究

作者从摩擦学角度出发,对PVD TiN等6种典型表面强化层的摩擦学性能进行了系统的试验研究。结果表明,几种表面强化层各有其最佳的应用范围和各自的磨损机理。不同强化层的承载能力不同,失效形式亦各异,配磨材料对其摩擦学特性有明显的影响,最佳强化层的耐磨性不代表配副系统的最佳耐磨性。     

TiN／Ni—W复合涂层的滑动摩损特性

研究了3Cr2W8V基体上电刷镀Ni-W中间层和离子镀TiN复合涂层的滑动磨损特性,并分析了涂层的磨损机理。结果表明：由于TiN沉积过程中的温度效应,混合晶态的电刷镀Ni-W层发生晶化和析出强化,并形成界面扩散层,从而使TiN复合涂层的结合力和硬度明显提高,Ni-W中间层对TiN涂层起到有力的支撑作用,TiN/Ni-W复合涂层的耐磨性优于TiN单,层且明显优于3Cr2W8V基体和Ni-W涂层;涂层的主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳剥落;当试验载荷为490N到980N时,涂层的磨损率上升,而当载荷从980N上升到1470N时,涂层的磨损率下降。这是由于磨损机制发生变化所致,前者以磨粒磨损为主,后者则以氧化磨损为主。     

几种不同硬度材料的滑动磨粒磨损特征

在工程应用的许多场合中，往往同时存在着磨粒分别在表面滚动与滑动造成的两种磨损形式；因此，滑动磨粒磨损也是一种常见现象，但目前所悉对其研究的文献报道却还甚少。通过往复式滑动磨损试验机对几种不同硬度材料与ＳｉＣ磨粒配磨时的滑动磨粒磨损研究发现，在给定的试验条件下，材料的表面硬度是影响耐磨性的主要因素。当材料的表面硬度高于７３４ＨＶ时，其耐磨性对硬度变化的敏感性很大。例如，当硬度从７３４ＨＶ仅增加到８３０ＨＶ时，材料的耐磨性就可以提高近一倍，但磨报表面粗糙度却略有增大。此时的磨损机制为微切削．在材料的表面硬度低于７３４ＨＶ时，硬度对材料耐磨性的影响较小，如在硬度从３１７ＨＶ增大到７３４ＨＶ的情况下，耐磨性仅能提高约５０％，但磨损表面粗糙度的降低很快，此时的磨损机制以微切削为主，还伴随有应变疲劳剥层。因此，在许多工程应用中，追求材料表面的高硬度是获得理想使用寿命的关键。     

氮及钛等离子体基离子注入铝合金表面改性层的摩擦磨损性能研究

研究了铝合金LY12等离子体基氮及钛离子注入层的摩擦磨损性能。用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射对改性层中各元素分布及相组成进行了分析。用扫描电子显微镜对注入层形貌进行了观察和分析。结果表明：注入层由TiN、α-Ti、AlN、Al2O3和TiO2等相组成;注入后试样硬度提高了1倍以上;在低载荷下,摩擦系数处于0．10－0．14之间,注入层寿命提高了12倍以上,耐磨性提高了100倍以上;随着滑动载中增加,摩擦系数有所增大,而磨性有所降低;在注入层被磨穿以前以剥层磨损为主并伴有轻微的划伤,在注入层被磨穿以后以粘着磨损为主并伴有犁沟和粘着转移。注入改性层具有适当的梯度结构是提高铝事金表面硬度和耐磨性的主要原因。     

YL12铝合金铁离子注入层的摩擦学特性研究

对 YL12铝合金进行了铁离子注入 ,用俄歇电子能谱 (AES)分析了注入层剖面元素分布 ,同时考察了注入层的表面显微硬度、脆性和在干摩擦条件下的摩擦磨损特性 .采用扫描电子显微镜 (SEM)对磨痕表面形貌进行了观察分析 .研究结果表明 :铁离子在注入层中沿剖面呈高斯分布 ;注入层表面显微硬度有所增加 ,摩擦系数显著降低 ;当注入剂量为 7× 10 1 6 Fe / cm2 时 ,注入试样的耐磨性为未注入试样的 3 80 0倍 ;随着铁离子注入剂量的增大试样的表面脆性增加 ,耐磨性降低 ;注入前材料的磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主 ,注入后磨损机制则以氧化磨损为主     

热处理温度对Fe—Ni—P非晶合金镀层显微硬度和耐磨性的影响

测定了电沉积Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金镀层在不同温度下热处理后的硬度，在环－块磨损试验机上对镀层的耐磨性进行了研究，对镀层的显微组织和磨损表面作了观察与分析，就其强化机理和磨损机理作了分析与探讨．镀层的硬度和耐磨性均随热处理温度上升而提高，４００℃时都达到极大值，最高硬度为ＨＶ１１．２ＧＰａ；在４００℃以上，镀层的硬度和耐磨性均随温度升高而降低，此时镀层的含磷量越多，硬度越高，耐磨性越好；在５００℃以下热处理后镀层的磨损机理主要为点蚀和剥落，剥落坑随着温度的升高而减少；６００℃以上热处理镀层发生的是磨粒磨损．     

热处理对Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd材料力学性能及摩擦磨损特性的影响

采用无压浸渗技术制备了Al2O3f/Mg-9Al-0.5Nd复合材料,研究了热处理对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并对其磨损机理进行了分析.结果表明:热处理后复合材料的硬度及耐磨性得到显著提高;铸态复合材料的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层磨损,热处理后复合材料抗剥层能力增强,磨损机制主要为磨粒磨损.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

摩托车传动用滚子链磨损特性的研究

道路行驶磨损试验结果表明，摩托车传动用滚子链套筒和销轴零件的主要磨损形式是磨粒磨损，并伴随有疲劳磨损的特征．由微观分析和链条的磨损伸长量可知：套筒和销轴的初始表面硬度较高，有利于改善其磨损表面形貌状态和耐磨性；在磨粒磨损机制下，套筒和销轴零件的表面硬度较低，容易产生“犁切”，表面层的循环硬化现象比较明显，磨损严重；在油池润滑条件下，套筒和销轴零件的表面硬度较高，裂纹的扩展速率较快，循环软化现象也较明显，当表面硬度较低时发生循环硬化．循环软化与循环硬化是导致磨损严重的原因之一．     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅰ．制备陶瓷球最佳工艺参数的选择

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向。研制这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工。在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求。因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨试验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度、加工载荷和磨粒粒径等的变化规律，筛选出磁硫体研磨法加工氮化硅陶瓷球的最佳工艺参数：驱动轴转动速度为５０００ｒ／ｍｉｎ，加工载荷为２Ｎ，磨粒粒径为０．０４ｍｍ，研磨时间为５分钟。研究表明，磁流体研磨法加工陶瓷球的精度高，研磨效率是常规研磨法的近３０倍。研究结果在发展陶瓷材料的工程应用及其摩擦学研究方面，都具有良好的参考价值和实用价值。     

精密角接触球轴承的固体润滑失效分析

角接触球轴承是航天器的许多重要功能的实施部件，因而对其润滑性能的要求极为严格，迫切需要弄清其润滑失效机理。因此，对ＭｏＳ２溅射膜润滑的Ｃ６２０５球轴承进行了寿命试验，进而对经过丙酮超声清洗的各元件工作面的形貌和组成作了系统分析。     

氮化硅陶瓷球与轴承钢的微动摩擦磨损特性与损伤行为研究

Si₃N₄陶瓷球具有高承载、轻质、减振降噪以及化学性质稳定等特点,作为滚动体广泛用于高速高精密轴承中. 针对轴承球与滚道间的微动摩擦磨损行为,以不同烧结工艺制备的具有不同烧结助剂配方的Si₃N₄陶瓷球为研究对象,开展其与轴承钢的微动摩擦磨损试验,分析比较了Si₃N₄陶瓷球烧结工艺和助剂配方对摩擦状态与损伤程度的影响. 结果表明:无润滑条件下,5AlEr和3AlY助剂配方的Si₃N₄陶瓷球具有更稳定的摩擦状态和更低的磨损程度;提高气压烧结温度可缓解微动损伤行为,降低损伤程度;热等静压工艺的引入虽然进一步缓解磨损行为,但总体减弱了Si₃N₄陶瓷球的耐磨性能,从而为轴承用Si₃N₄陶瓷球制备工艺的优化提供依据. 并进一步揭示了Si₃N₄陶瓷球摩擦损伤、剥落和疲劳裂纹的损伤行为与磨粒磨损、黏着磨损和疲劳损伤,以及摩擦化学反应相结合的损伤机制.      

WC／Co硬质合金的磨料磨损性能研究

采用微尺度浆料磨料磨损试验机和钢轮湿磨料磨损试验机,对比考察了不同晶粒尺寸和硬度的ＷＣ／Ｃｏ硬质合金在钢轮湿磨料磨损试验和微尺度浆料磨料磨损试验条件下的磨料磨损性能;同时采用扫描电子显微镜观察分析合金磨损表面形貌,以探讨其磨损机理。结果表明：随着硬质合金试样硬度的增加,其在钢轮湿磨料磨损试验条件下的抗磨能力明显增强;而在微尺度浆料磨料磨损试验条件下,即ＷＣ晶粒粒度与磨料相对尺寸相近时,合金的磨损体积损失与其硬度之间无明显相关性,此时ＷＣ晶粒尺寸是影响硬质合金磨料磨损性能的主要因素,ＷＣ／Ｃｏ硬质合金的主要磨损机理为ＷＣ晶粒的断裂和剥落。     

SiCH油/TiN薄膜复合体系的摩擦学性能研究

本文中采用多弧离子镀TiN薄膜对钢基体进行表面改性与SiCH润滑油相结合的方式,研究了SiCH油/TiN薄膜复合体系的真空摩擦学性能,并分析了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明:在SiCH油/TiN薄膜复合体系中,摩擦副对偶双方表面均采用TiN薄膜进行改性后,由于TiN薄膜具有良好的稳定性和耐磨性,与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦试验中表现出良好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数约0.07,在经过1.8×10~6r的摩擦试验后,尽管SiCH油中形成了微量的多甲基基团的硅碳化合物Si-[R-(CH_3)_3]_3并未影响其良好的润滑性能,表明SiCH油/TiN薄膜复合体系耐磨寿命高达1.8×10~6r以上.     

混合式陶瓷球轴承在液氮中的摩擦学性能研究

研究了由ＳｉａｌｏｎＳｉ３Ｎ４陶瓷球,９Ｃｒ１８内外环以及由ＰＴＦＥ和玻璃纤维制成的保持架组合成的混合式陶瓷球轴承在液氮气氛和重负荷条件下的摩擦磨损性能,结果表明,通过９０ｍｉｎ的－１９６℃超低温台架试验后,混合式陶瓷球轴承仍可以正常工作,对试验后的陶瓷球进行显微镜观察未发现大面积的接触疲劳破坏,但在内外环滚道表面有轻微疲坑,混合式陶瓷球轴承的摩擦功耗明显低于钢制球轴承。     

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.