硬质镀层机械性能的评价方法

本文描述了测定硬质镀层与基体间的结合力,镀层的硬度、断裂强度、耐磨性以及镀层刀具切削寿命的试验方法和原理。测定镀层与基体间的结合力的方法有四点弯曲法、扭转法、划痕法和压痕法。作者用这些方法测定了硬质镀层(TiN和TiC)与钢基体的结合力。同时还介绍了硬质镀层刀具的切削寿命试验结果。     

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℃。     

用自动划痕仪测定硬质镀层的结合强度

作者利用自制的自动划痕试验仪对通过等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备的TiN和TiC镀层进行了划痕试验,考察了底材硬度、镀层厚度、镀层硬度、加载速率、划痕速度及压头(亦称划针)、与镀层间的摩擦状况等因素对表征镀层结合强度的临界载荷的影响。结果表明,临界载荷随底材硬度及镀层硬度的增加而增大,镀层厚度存在一个最佳值,在此值下的临界载荷最大,当加载速率高于100N/min时,临界载荷基本不再受其影响,临界载荷与划痕速度无关,镀层上覆盖固体润滑剂可使临界载荷增大,而覆盖纯油对临界载荷没有影响。     

铸铁表面化学沉积Ni—P镀层和Ni—P—SiC复合镀层的耐磨性研究

作者利用化学沉积法在低合金铸铁表面分别制取了Ni-P镀层和Ni-P-SiC复合镀层,并就两者的耐磨性与铸铁、磷化处理表面及Cr镀层的进行了对比试验研究。结果表明,Ni-P镀层的耐磨性比铸铁及磷化处理的好,但比Cr镀层和Ni-P-SiC复合镀层的差,并以后者的为最佳。     

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.     

Nano-WC/PTFE-Ni复合电刷镀层的磨损性能研究

采用电刷镀技术在Q235钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层,采用S-2700型扫描电子显微镜观察镀层表面形貌及其显微组织,采用HX-1型显微硬度计测定镀层的显微硬度,采用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测定镀层与基体的结合强度,采用HT-500型销-盘高温摩擦磨损试验机测量镀层的滑动磨损性能.结果表明:镀液中同时加入纳米WC和PTFE可以得到表面形貌平整、纳米粒子分布均匀的纳米复合镍镀层;复合镀层的硬度随WC含量的增加而增大,随PTFE含量的增加而减小;含有2种纳米粒子的复合镍镀层的耐磨性比镍镀层和含单一WC或PTFE的镍镀层的耐磨性优良;当镀液中WC和PTFE含量分别为3.0 g/L和7.5 mL/L时,复合镍镀层的显微硬度较镍镀层提高约30%,耐磨性较镍镀层提高7倍.     

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.     

Cr12MoV钢表面磁控溅射Ti/TiN涂层的摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射方法在Cr12MoV钢表面制备了厚度约为3 μm的Ti/TiN涂层,测定了涂层的显微硬度,并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层同基体的结合强度及其摩擦磨损性能.结果表明:Ti/TiN涂层能够显著提高Cr12MoV钢的表面硬度和承载能力;涂层同Cr12MoV钢基体的结合强度较高,划痕临界载荷高于60 N;与此同时,磁控溅射Ti/TiN涂层可以显著改善Cr12MoV钢的耐磨性能.这是由于磁控溅射Ti/TiN涂层硬度高且与Cr12MoV钢基体的结合强度较高所致.     

新型Ni－Fe－W－S合金刷镀层耐磨性的研究

镀铬是用于提高材料常温耐磨性的有效方法。但是，铬镀层在摩擦温升的作用下，其硬度和耐磨性却都下降，而且镀铬还会污染环境和对人体造成损害．为了克服铬镀层和镀铬工艺的这些缺点，研究了一种新型的Ｎｉ－Ｆｅ－Ｗ－Ｓ合金刷镀层，摩擦磨损试验结果表明，在于摩擦时于高速（７１ｍ／ｍｉｎ）和重载（８０Ｎ）条件下，这种合金刷镀层的耐磨性能明显地比铬镀层的好，磨痕形貌的扫描电子显微镜观察发现，前者发生的是应变疲劳磨损，而后者已经发生了严重的粘着磨损．同时，通过对高速重载干摩擦条件下平均温度和闪温的计算，并且利用Ｘ射线衍射仪和透射电子显微镜等对磨损前后镀层的相结构及显微组织的分析，探讨了Ｎｉ－Ｆｅ－Ｗ－Ｓ合金刷镀层在如此苛刻条件下具有较高硬度和良好耐磨性能的机理，指出这是在摩擦热的作用下合金刷镀层中部分非晶向晶态转化前发生微观结构畸变并形成了更多硬质相的结果．     

CrN镀层的微粒磨损性能及其切削行为研究

在Teer UDP 550型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备上制备CrN镀层,以球-盘方法测定的比磨损率和微粒磨损法测定的微粒磨损率评价CrN镀层的耐磨性能,采用高速钢镀层钻头的钻孔数评价镀层的切削性能.结果表明,CrN镀层的微粒磨损率对氮流量(用光谱发射因子OEM值控制)的变化很敏感,而比磨损率却不能反映这种由于氮流量变化带来的镀层结构和性能的变化.在不同偏压条件下所制备的镀层微粒磨损率变化不明显.当微粒磨损率低于某一值时,CrN镀层的钻孔寿命明显提高,而比磨损率则无此规律.     

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.      

评估TiN薄膜与基材结合的划痕试验及有限元模拟

通过有限元模型模拟划痕试验得到的结果表明∶切应力的起伏变化?膜/基界面处切应力差值?接触区附近膜层表面张应力?高载下的几种应力集中等,对膜/基体系的失效都有重要的作用.通过模型计算临界载荷下的膜/基界面处切应力差值,可用来评价膜层与基材的结合强度;提出了划痕试验中膜/基体系失效的2种机制.不同性能基材的TiN膜/基体系划痕试验结果,可验证本文有限元模拟的有效性,并表明临界载荷是膜/基结合强度?体系承载能力?内聚结合性能等的综合反映;低载往复摩擦磨损试验的结果进一步证实,用划痕试验的临界载荷评估膜/基结合强度具有局限性.     

磁控溅射TiN界面结合强度的压痕法测试

在试验的基础上提出了测量ＴｉＮ涂层界面结合强度的弹塑性赫兹接触应力经验修正公式,作为实例测量了不同基体表面粗糙度对磁控溅射沉积的ＴｉＮ涂层界面结合强度的影响,将测量结果与其它测量方法所得结果进行比较,证明提出的方法切实可行。     

TiN薄膜的应力状态对摩擦学性能的影响

用Ｘ射线衍射仪测定了在５２１００钢基体上离子束增强沉积ＴｉＮ膜、等离子体化学气相沉积ＴｉＮ膜和离子镀ＴｉＮ膜的应力状态，分析了不同工艺方法制取的ＴｉＮ薄膜的应力形成的影响因素，比较了３种薄膜在不同载荷和摩擦速度条件下的摩擦学性能，分析了膜－基界面两侧应力状态对膜－基结合力、薄膜的耐磨性能和磨损机理的影响．结果表明：３种ＴｉＮ／５２１００钢试样在薄膜内的应力均为压应力，但在界面附近基体一侧的应力状态是随着工艺方法的不同而不同，３种膜的硬度和膜－基结合力都依次下降，而其内应力与膜－基应力的差值则是依次增大，分别为２６９．０ＭＰａ，６６０．５ＭＰａ和１０６３．３ＭＰａ，因而前者显示出最高的膜－基结合力和最佳的摩擦学性能；而后２种膜则显示出依次渐差的膜－基结合力和摩擦学性能     

多弧离子镀硬质膜的抗空蚀性能研究

利用磁致伸缩振动空蚀试验装置,研究了灰口铸铁表面多弧离子镀TiN、CrN及（Ti,Cr)N硬质膜的抗空蚀性能。研究结果表明,离子镀硬质膜的抗空蚀性能与铸铁基体的表面粗糙度、离子镀层的表面特征、镀膜过程中工件负偏压及镀层厚度密切相关。采用屏蔽离子镀可以有效地减少膜层表面的微颗粒及微缺陷,从而改善材料的抗空蚀性能。当基片负偏压为300V而膜厚为3μm时,硬质膜的抗空蚀性能最佳。     

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。     

耐磨环氧胶粘涂层冲蚀磨损特性的研究

本文对气固冲蚀和浆体冲蚀条件下耐磨环氧胶粘涂层的磨损特性进行了研究。结果表明,这种涂层的冲蚀磨损是由粘结剂的磨损和抗磨填料的磨损所组成;填料粒度和磨料粒度都对涂层的气固冲蚀磨损有影响,但在给定的试验条件下,填料粒度对涂层的浆体冲蚀磨损影响甚微。文章指出,耐磨环氧胶粘涂层在气固冲蚀和浆体冲蚀下的磨损机理相似,但磨损规律却有所不同;耐磨环氧胶粘涂层尤其适用于浆体冲蚀的场合,可以明显地提高机械过流部件的使用寿命。     

离子注入对SiO2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在SiO     

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。     

TiN/TaN多层膜的结构和摩擦学性能

利用磁控溅射法在单晶硅基底上制备了一系列TiN/TaN多层膜; 采用X射线衍射仪、显微硬度计、球-盘摩擦磨损试验机和三维表面形貌仪等分析了多层膜的结构、硬度、摩擦学性能和磨损机制.结果表明:所制备的多层膜具有良好的周期性和清晰的界面结构,其中TiN层具有面心立方结构,当TaN层在调制周期Λ值小于8.5 nm时具有面心立方结构,在调制周期Λ值大于8.5 nm时具有部分六方结构;多层膜的硬度受调制周期影响,当调制周期Λ值为8.5 nm时,显微硬度达到最大值31.5 GPa.相对于TiN薄膜而言,TiN/TaN多层膜的摩擦系数较高、耐磨性能更好;多层膜的磨损机制主要为犁削、粘着和局部剥落.