Ti-6Al-4V微弧氧化陶瓷膜的微观结构及摩擦磨损性能研究

在NaAlO2和Na3PO4混合电解液中,利用微弧氧化技术在Ti-6Al-4V表面制备了氧化物陶瓷膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及显微硬度仪分别对微弧氧化膜的微观结构、相组成及其断面硬度进行分析,并对氧化膜致密层的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:氧化膜表面呈现出多孔结构,氧化膜疏松层与致密层无明显界限,氧化膜与基底以犬牙交错形式结合;氧化膜主要由TiAl2O5和TiO2相组成,还含有少量AlPO4相和Al2O3相,氧化膜疏松层中TiAl2O5相的含量明显高于致密层;氧化膜内距Ti-6Al-4V基底约21 μm处的硬度存在最大值,两侧硬度降低;微弧氧化膜与Si3N4球对摩时具有较高的摩擦系数,磨损率比Ti-6Al-4V降低2个数量级,说明氧化膜致密层具有良好的耐磨性能,其磨损机制为微区脆性断裂.     

耐磨性微弧氧化膜的特性

描述了微弧氧化的形成过程及其发展变化,考察了氧化膜的基本物理化学特性,指出微弧氧化膜主要特点是膜层厚,致密,硬度高,具有非常好的耐磨,耐蚀,耐压绝缘和抗高温冲击特性,在工业部门中具有广阔的应用前景。     

钢基铝镀层陶瓷氧化膜的摩擦磨损特性研究

对Q235钢表面铝镀层进行不同时间的微弧氧化处理从而在铝镀层表面获得不同厚度的陶瓷氧化膜.采用硬度测试仪、摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜分别研究了氧化时间对陶瓷氧化膜厚度、表面硬度、摩擦磨损特性以及磨损试验后的磨痕形貌和微观结构的影响规律.结果表明:随微弧氧化时间的延长,铝镀层陶瓷氧化膜的厚度和硬度迅速增加,经微弧氧化处理30min后铝镀层的表面硬度较处理前增加了近7倍;在干摩擦条件下,铝镀层陶瓷氧化膜的磨痕宽度和磨损体积随微弧氧化时间的延长逐渐减小,而摩擦系数逐渐下降,表明耐磨性随微弧氧化时间的延长逐渐提高.铝镀层的磨损形式为表面压溃和锉削式磨粒磨损,处理时间为20min和30min的磨损形式为低应力擦伤性磨粒磨损,而处理10min的磨损形式介于上述二者之间.     

碳钢表面渗硼层在油润滑条件下的摩擦磨损性能研究

采用化学热处理工艺对 45 # 钢进行渗硼表面改性 .在 SRV摩擦磨损试验机上对比考察了渗硼层在液体石蜡及含硼添加剂 -液体石蜡润滑下的摩擦磨损性能 .采用 X射线光电子能谱仪和 X射线衍射仪对比分析了 45 #钢表面硼改性层和含硼添加剂润滑下钢球磨斑表面典型元素组成和化学状态 .结果表明 ,化学渗硼可以大幅度降低碳钢的摩擦系数和磨损体积损失 ,渗硼层主要由 Fe2 B和 B2 O3 组成 ;渗硼改性层在含硼添加剂 /液体石蜡润滑下的摩擦磨损性能进一步改善 ,这归因于渗硼改性和含硼添加剂的摩擦化学效应的双重作用     

离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

对人工关节软骨材料——超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行O+和C+离子注入改性,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了离子注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同Si3N4陶瓷球对摩时的摩擦磨损性能;用扫描电子显微镜观察分析了注入和未注入试样及其磨痕表面形貌,用红外光谱仪(IR)分析了注入和未注入试样的化学特征.结果表明:经O+和C+离子注入处理的UHMWPE试样表面发生了碳化并形成了类金刚石结构;O+和C+注入处理均有利于增强UHMWPE的耐磨性能,而O+离子注入试样的耐磨性能优于C+离子注入试样,经450keV、5×1015/cm2的O+离子注入试样的耐磨性能最佳;未注入UHMWPE试样在血浆润滑条件下同陶瓷对摩时主要呈现粘着、塑性变形和犁沟特征,而注入UHMWPE试样在相同条件下主要呈现表面硬化层疲劳裂纹萌生、扩展、剥落及磨粒磨损特征.     

非平衡磁控溅射沉积类石墨膜及其摩擦磨损性能研究

利用全封闭非平衡磁控溅射技术制备了高硬度类石墨膜，对不同工艺所制备的薄膜进行了微观分析，测定了薄膜的厚度、膜基结合强度和硬度，并考察了薄膜的摩擦学性能和腐蚀性能．结果表明：采用全封闭非平衡磁控溅射方法制备的以sp^2杂化为主的类石墨膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨及抗腐蚀性能；摩擦系数随载荷的增大而减小，而磨损率同硬度呈反比关系；加入适量Cr可软化薄膜，提高膜基结合强度，从而优化薄膜的性能．     

陶瓷-石墨复合材料的摩擦磨损性能研究

对陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢摩擦副的摩擦磨损性能与ＧＣｒ１５钢／ＧＣｒ１５钢的作了对比试验研究．结果表明：分别在干摩擦和１０＃机械油润滑下，陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢的摩擦因数均比ＧＣｒ１５钢自配副时的低，陶瓷－石墨复合材料试块的磨痕宽度也比ＧＣｒ１５钢试块的小．硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存，提高了材料的强度和硬度，从而改善了材料的耐磨性．     

陶瓷—石墨复合材料的摩擦磨损性能的研究

对陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢摩擦融的摩擦磨损性能与ＧＣｒ１５钢／ＧＣｒ１５钢作了对比试验研究。结果表明：分别在干摩擦和１０＾＃机械油润滑机，陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢的摩擦因数均比ＧＣｒ１５钢自配副时的低，陶瓷－石墨复合材料试块的磨痕宽度也比ＧＣｒ１５钢试块的小。硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存，提高了材料的强度和硬度，从而改善了材料的耐磨性。     

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.      

碳钢表面碳—氮共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能研究

对 2 0 # 钢试样进行碳 -氮共渗热处理 ,考察了共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对其磨损表面形貌和元素化学状态进行了分析 .结果表明 :随着滑动速度的增加 ,2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的磨损率逐渐降低 ,当滑动速度达到 35m/s左右时 ,磨损率显著增大 .扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析结果表明 ,高速轻载干摩擦条件下 2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的摩擦学性能同磨损表面氧化物的形成和剥落密切相关 ,而磨损率的显著增加是由于磨损表面氧化物类型发生从Fe2 O3 到FeO的转变所致 .     

等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层的摩擦学特性

在发展新型高效节能的汽车和飞机发动机用耐磨材料中，碳化铬－镍铬涂层是很有开发前景的材料之一．为了扩大这种涂层的应用领域并为其应用提供科学依据，用ＭＭ－２００磨损试验机，研究了等离子喷涂碳化铬－镍铬（质量比为３∶１）涂层分别与不锈钢、热压烧结Ｓｉ３Ｎ４和石墨组成摩擦副的摩擦学特性；用扫描电子显微镜、Ｘ射线能量色散谱仪和Ｘ射线衍射技术，考察了磨痕和磨屑的形貌、元素分布和物相组成；讨论了涂层分别与给定的３种材料配副时的磨损机理．结果表明：涂层与不同材料对摩时的磨损量差别很大，磨损机理也明显不同——涂层与不锈钢对摩时的磨损表现为层状颗粒的断裂与剥离；涂层与Ｓｉ３Ｎ４对摩时的磨损主要表现为涂层颗粒的断裂和断裂颗粒的脱碳氧化；石墨对涂层具有润滑作用     

钼／全氟聚醚复合薄膜的制备及摩擦学性能研究

利用电子束蒸镀和浸涂技术在GCrl5轴承钢表面制备了钼／全氟聚醚复合润滑膜(Mo／PFPE)；利用接触角测定仪和X射线光电子能谱仪分析了复合润滑膜的表面性质和化学状态；采用DF—PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了复合薄膜的摩擦学性能，采用扫描电子显微镜观察分析了薄膜磨损表面形貌．结果表明，与金属Mo薄膜相比，Mo／PFPE复合薄膜同钢对摩时的摩擦系数显著降低，耐磨性能明显改善，Mo／PFPE复合薄膜同钢对摩时主要呈现轻微磨粒磨损特征．     

碳化物衍生碳与石墨的摩擦磨损性能比较

通过高温氯化处理工艺在SiC表面制备碳化物衍生碳涂层(CDC),考察并比较了SiC、石墨和CDC在空气中的摩擦磨损性能.结果表明:在本文试验条件下,CDC的摩擦磨损性能优于石墨,CDC的摩擦系数低于0.15;CDC在载荷5 N下的磨损率在10-15 m3/N量级,当载荷等于或低于30 N时磨损率在10-14 m3/N量级,远低于相同条件下石墨的磨损率,即使在40 N或 50 N下其磨损率仅与20 N下SiC和石墨的磨损率相当.CDC的纳米结构及涂层与基体界面组成和性能的变化是影响其摩擦磨损性能的主要因素.     

四面体无定型无氢非晶碳膜的制备及其摩擦学性能研究

采用磁过滤阴极真空弧系统分别在硅片[Si(100)]、W18Cr4V高速钢和Cr18Ni9不锈钢基体上沉积了一系列sp3键含量较高的四面体无定型无氢非晶碳膜(ta-C),研究了所合成薄膜的结构、硬度、附着强度和摩擦磨损性能,考察了基体和薄膜厚度对薄膜摩擦系数的影响,简要分析了相应ta-C膜的失效机理.结果表明,在高速钢基体上沉积的ta-C膜的显微硬度为76 GPa,结合力Lc值达42 N,具有优良的摩擦学性能,其摩擦系数为0.12,且摩擦系数可以在16 000 r范围内保持稳定.     

几种陶瓷和金属等离子喷涂层铸铁副的摩擦学特性研究

本文对等离子喷涂ZrO_2+MgO和Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层、Mo+NiCrBSi(Ar/H_2)和Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)混合粉末涂层,以及Mo+4％O_2渗氧涂层等的摩擦学特性进行了试验研究,测定了它们的抗咬合裁荷及其在边界润滑状态下的磨损率。结果表明,Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层/铸铁副的抗咬合性能最好,在其轻度粘着的表面上形成了一层表面膜;Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)金属涂层是一种实用性能较好的活塞环材料;在粘着磨损条件下,涂层材料的抗咬合性越好,与之配磨的铸铁材科的磨损率越低;涂层材料的抗咬合性与其本身的固有特性及孔隙率等有关。     

水溶性纳米二氧化硅添加剂的制备及摩擦学性能研究

本文制备了不同粒径的水溶性纳米二氧化硅,用TEM和XRD对其形貌进行了表征,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机研究了其作为水基添加剂的摩擦学性能。通过SEM和XPS对磨斑表面进行了分析,简单探讨了摩擦机理。结果表明,小颗粒水溶性纳米二氧化硅作为水基添加剂是具有良好的抗磨减摩性能和极压性能,摩擦过程中形成的沉积膜起到了非常重要的作用。     

微弧氧化一步制备石墨-PTFE共添加的自润滑膜层

在Na2SiO3-KOH基础电解液中添加不同的固体润滑微粒,利用微弧氧化技术在LY12铝合金上制备了含有固体润滑剂的微弧氧化膜层.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了未添加、添加聚四氟乙烯(PTFE)和石墨-PTFE共添加微弧氧化膜层的组成和微结构.采用往复球-盘试验机评价了膜层的摩擦学性能.结果表明:加入到电解液中的固体润滑剂在微弧氧化过程中成功进入到膜层中,从而得到含有固体润滑剂的复合膜层.添加PTFE的微弧氧化膜层相较于未添加的膜层具有更小的摩擦系数,而石墨-PTFE共添加能够进一步降低膜层的摩擦系数.     

炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢摩擦学性能研究

利用MG-200型摩擦磨损试验机研究了炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢的摩擦学性能,考察了介质温度对摩擦学性能的影响;用扫描电子显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:在干摩擦条件下,炭纤维增强环氧树脂复合材料与N80钢对摩时的摩擦系数较低,炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损主要表现为树脂基体脱落碳化和炭纤维的折断剥落,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损特征;在油井产出液润滑下炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损率较低,摩擦系数和磨损率随着润滑介质温度的升高而增大,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损和腐蚀磨损特征.     

基体偏压对磁控溅射类石墨镀层摩擦磨损性能的影响

利用4靶非平衡磁控溅射离子镀技术在Si（100）和W6Mo5Cr4V2高速钢基体上沉积类石墨镀层,研究了基体偏压与类石墨镀层的显微硬度、摩擦系数、比磨损率的关系,采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了基体偏压对镀层的表面、断面形貌及微观结构的影响.结果表明：随着基体偏压值的增大,镀层的沉积速率下降,显微硬度和结合强度先增后降,摩擦系数和比磨损率则先降后升.不同偏压对应了不同的显微结构,当基体偏压为-65 V左右,镀层具有良好的力学性能和减摩耐磨性能,对应镀层表面光滑、结构致密,断面呈细纤维结构,镀层由C、Cr和CrCx纳米晶粒组成非晶结构.     

含氮杂环硼酸酯添加剂的合成及其摩擦学性能

从分子设计的观点出发,合成了1种新型的含氮杂环硼酸酯添加剂.采用四球摩擦磨损试验机评价了其在液体石蜡中的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑的表面形貌.结果表明:在液体石蜡中加入含氮杂环硼酸酯添加剂后,承载能力有较大提高,磨斑直径明显减少.