基体预氧化对溅射TiC膜结合力及耐磨性的影响

本文讨论了钢基体预氧化对溅射TiC膜在其上的结合力和耐磨性的影响。结果表明,在预氧化的基体与TiC膜之间存在一个中间层——新相FeTiO_3,它改变了TiC与钢基体之间的界面状态,从而提高了结合力,致使其磨损体积仅为在未经氧化处理表面上的30％左右。     

等离子体浸没离子注入与沉积合成碳化钛薄膜的摩擦磨损性能研究

将等离子体浸没离子注入与沉积及射频辉光放电技术相结合，在GCr15轴承钢基体表面制备了碳化钛薄膜，考察了注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能和化学组成的影响；利用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、多功能摩擦磨损试验机和电化学腐蚀试验装置表征了薄膜试样的相组成、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能．结果表明，注入脉冲宽度和工作气体压力对薄膜性能及其组成具有显著影响；GCr15钢经改性处理后抗磨性能和抗腐蚀性能显著改善．这是由于基体表面形成了硬质且致密的TiC薄膜改性层所致。     

溅射MoS_2膜在真空用滚珠轴承上的应用研究

作者采用改装了的射频溅射设备在滚珠轴承上溅射MoS_2膜,并选择了合适的工艺参数。用X-射线衍射仪和俄歇能谱仪研究了溅射MoS_2膜的结构和与底材间的界面,评定了溅射MoS_2的抗摩性能并测定了溅射MoS_2膜润滑的滚珠轴承的摩擦力矩和耐久寿命。     

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     

钢的高温氧化磨损及氧化物膜的研究

研究了Cr-Mo-V铸钢高温磨损过程中氧化物膜的形态和剥落方式,并探讨了磨损机理.研究结果表明:400 ℃高温磨损经短时间内形成一层致密的Fe3O4和Fe2O3的氧化物膜,避免了钢与钢的直接接触,降低了磨损.同时,脆性氧化物膜发生疲劳剥落,导致磨损.磨损率取决于氧化物膜的剥落方式,在氧化膜内部剥落及氧化物与基体界面处剥落,属于正常的轻微氧化磨损,磨损率较低;从基体内部开裂剥落,属严重磨损,磨损率高.     

Si-B-N复合薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用三极射频-直流负偏压-等离子体增强化学气相沉积技术在45#钢表面制备了附着力较强的Si-B-N复合薄膜;采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析了所制备的Si-B-N复合薄膜的组成和结构,通过划痕试验和球-盘摩擦磨损试验考察了薄膜与基体的附着力及摩擦学性能.结果表明:通过合理地控制工艺参数,并对试样基体施加适当的直流负偏压,可以制得含六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)混合相的Si-B-N复合薄膜;而在Si-B-N复合薄膜表面引入沉积MoS2薄膜可以改善其摩擦学性能.     

调制比对WSx/a-C多层膜微观组织及摩擦学性能的影响

采用磁控溅射交替溅射WS2和石墨靶,在200℃的Si基体上制备了不同调制比的WS_x/a-C多层膜(调制周期约为20 nm).利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱(XPS)等手段表征了多层膜的微观结构;采用纳米压痕仪、薄膜应力测试仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机测试多层膜的机械性能及大气中的的摩擦磨损性能.结果表明:WS_x/a-C多层膜表面平整、结构致密,S/W比在0.92~0.97范围内波动,WS_x子层以微晶的形式存在,WS_x/a-C相界面处形成了WC相.随着调制比的增加,多层膜的硬度由7.8 GPa升高至9.0GPa,膜内压应力先减小后增大,结合力单调减小,摩擦系数由0.18增至0.29,磨损率迅速升高.调制比为1∶39的多层膜的摩擦学性能最佳,其磨损率约为6.1×10~(–15) m~3/(N·m).     

原位自生TiC对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响

以新型含TiC马氏体钢Ti60和商用不含碳化物马氏体钢JFE400为研究对象,通过三体磨料磨损试验机研究在纯煤粉和纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂为磨料下,TiC硬质相对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响及其作用机理. 结果表明:在纯煤粉环境下,Ti60钢的磨损体积大于JFE400钢;但在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的磨损体积却小于JFE400钢. 根据磨痕表面的形貌,上述结果是由以下几方面综合作用造成的. 首先,两种环境下材料的磨损机制均主要是犁削磨损;其次,煤粉颗粒的层状结构及低硬度的特性,使得TiC硬质相对其犁削行为起不到阻碍作用,而块状结构且具有高硬度的石英砂颗粒的犁削行为则受到TiC硬质相的阻碍. 所以在纯煤环境下,基体硬度较大的JFE400钢,相对于基体硬度较小的Ti60钢,呈现出较优的抗磨料磨损的性能. 而在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的抗磨粒磨损性能却优于JFE400钢.      

不同金属基体上MoS2纳米微粒LB膜摩擦学行为研究

研究了Ｃｕ、Ａｇ及Ａｕ等金属基体上二烷基二硫代磷酸修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜的摩擦学性能,用红外显微镜分析ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化,用电子探针分析考察不同金属基体上ＬＢ膜的磨痕形貌．结果表明：ＤＤＰ修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜可有效降低Ａｇ和Ｃｕ与ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦系数;该ＬＢ膜极易向对偶转移并在摩擦过程中发生摩擦化学变化,主要包括无序化转变及修饰剂的部分分解;无机纳米核起主要承载和抗磨作用．Ｃｕ基体上的ＬＢ膜耐磨寿命较Ａｇ基体上ＬＢ膜的耐磨寿命高１００倍,这主要因ＬＢ膜与Ａｇ基体的结合较弱．     

膜-基复合材料界面剪应力分析的影响系数法

提出了一种计算膜 基复合材料界面剪应力的新方法。将薄膜、基体分别作为二维和三维问题进行有限元计算 ,利用影响系数 ,以剪应力为未知量 ,求出同一点处薄膜、基体的位移。通过薄膜、基体在界面上位移相等的条件建立线性方程组 ,联立求解 ,计算出界面剪应力。结果表明 ,本文提出的方法思路清晰 ,易于实现 ,精度令人满意 ,为膜 基复合材料结构强度分析提供了一种新的途径     

铜基合金—TiC金属陶瓷复合堆焊层摩擦磨损性能研究

考察了铜基合金/TiC金属陶瓷复合堆焊材料的耐磨性及其影响因素,采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察分析了复合堆焊材料的结构及磨损表现形貌。结果表明：以TiC金属陶瓷为硬质相的堆焊材料的耐磨性优于以YG硬质合金为硬质相的堆焊材料,其原因是稀土氧化物可细化基体金属组织,改善界面结合,使堆焊层的耐磨性改善;随着堆焊中硬质相含量的增加,耐磨性能提高,当金属陶瓷体积分数为55%-60%时,堆焊层的耐磨性最佳;基体金属的磨损主要呈现显微切削和犁沟特征,而金属陶瓷的流失形式主要表现为界面处TiC颗粒的脱落。     

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。     

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究

理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响,一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关,也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰,获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性,研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响,并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差,接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.      

不同金属基体上的MoS2纳米微粒LB膜摩擦学行为研究

研究了Ｃｕ,Ａｇ及Ａｕ等金属基体上二烷基二硫代磷酸修饰ＭｏＳ２纳为微粒ＬＢ膜的摩擦学性能,用红外显微镜分析ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化,用电子探针分析考察不同金属基体上ＬＢ膜的磨痕形貌,结果表明：ＤＤＰ修饰ＭｏＳ２纳米微粒ＬＢ膜可有效低Ａｇ和Ｃｕ与ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦系数,该ＬＢ膜极易向对偶转移并摩擦过程中发生摩擦化学变化,主要包括无序化转变及修饰剂的部分分解,无机纲米核起主要承载和抗磨作用,     

利用纳米硬度试验法确定Cr/Cu梯度材料的变形特性

利用纳米硬度仪研究了在Cu基底上的Cu／Cr梯度膜的机械性能。梯度膜是通过将Cu靶和Cr靶同时溅射到Cu基底材料上，但两个靶的相对溅射功率随溅射时间变化而制备。利用Oliver and Pharr方法得到了膜随其厚度变化的硬度和弹性模量。然后利用加载／卸载／再加载的方法得到了在不同深度(即膜的厚度)压头平均压力与相对压人深度之间的关系曲线，在此曲线上可以明显反映出材料的屈服特性。     

聚合物/金属摩擦界面迁移过程的数值模拟

聚合物材料在与金属对偶件滑动接触时,会在摩擦界面上发生界面迁移,导致在金属对偶件表面形成一层转移膜.转移膜的存在能够有效地降低聚合物材料的磨损.本文基于离散单元法,利用二维颗粒流程序(PFC2D),对PTFE/45钢界面迁移过程进行数值模拟分析.模拟结果表明:PTFE与45钢组成摩擦副时,会在45钢表面形成一层转移颗粒层.一开始转移颗粒数逐渐增大,一段时间后随着转移颗粒层的形成与完整,转移颗粒数趋于一个定值且保持动态平衡,磨损颗粒增加速率显著下降,并维持在一个稳定的值.     

氧化铈对镍基碳化钛复合涂层微观结构及摩擦学性能影响

探讨了激光熔覆TiC4复合陶瓷涂层微观结构特征,研究了氧化铈对涂层显微组织、显微硬度及摩擦学性能的影响.在45#钢基体上制作了Ni、Cr、TiC4复合陶瓷涂层及氧化铈改性的复合涂层,用X射线衍射仪(XRD)、分析型扫描电镜(ASEM)、显微硬度计及摩擦磨损试验机对涂层组成、显微组织、显微硬度及摩擦学性能进行了分析.结果表明:利用激光熔覆方法制作的TiC4陶瓷层具有典型的包覆相和硬质点相结构,加入适量的氧化铈能有效防止TiC4结晶过程中颗粒桥接,阻止TiC4结晶成枝状结构,细化了TiC4颗粒,同时也使其分布更加离散.当添加氧化铈的质量分数为0.50%～3.0%时,TiC4颗粒离散效果最好,此时涂层显微硬度分布均匀,较不添加氧化铈涂层相比,显微硬度提高了10%左右,当添加氧化铈的质量分数超过4.0%,TiC4颗粒发生桥接,成枝状结构,且出现聚集,硬度分布离散度加大.磨损试验结果表明氧化铈能改善涂层的干摩擦特性,有效防止涂层片层状脱落,但对涂层耐磨性没有明显的改进,涂层呈现黏着磨损特征.     

粗糙面在梯度表面层上滑动接触的应力分布

对粗糙面在梯度表面层上的滑动过程进行应力分布研究,以模拟实际摩擦过程中,考虑塑性变形情况下,梯度覆层体中的应力分布规律,同时与均质体及单覆层体进行比较研究,分析了在表面载荷相同时滑动接触的应力分布。结果表明覆层体出现塑性变形后,在接触表面上的压力分布与弹性变形时有很大变化,在界面处梯度层的应力分布比单层膜更为理想,其应变梯度也较小;受相同表面载荷作用下产生塑性变形时,梯度层膜在基体产生塑性变形较小     

滑动界面球形夹杂对平面压缩波的散射

非理想粘结界面对多相材料力学性能的影响日益受到重视。本文研究了无限各向同性基体中的滑介面球形单夹杂对平面压缩的散射问题。夹杂与基体间的界面为非理想粘结界面,在剪应力的作用下将出现界面两侧相对滑移。假定界面相对滑动位移与界面剪应力成正比,在这种线弹簧型滑动界面条件下,通过波函数的级数展开法,获得了夹杂在基体中反射波和折射波以及应力场的解析表达式,并讨论了界面自由滑动和刚性夹杂等特例。     

含Fe2O3摩擦层的促进形成对H13和45钢磨损性能的影响

Fe_2O_3是钢材高温或高速干滑动表面摩擦氧化物层的重要构成.本文作者通过在H13钢、45钢/GCr15钢的滑动界面添加Fe_2O_3纳米颗粒,试图促进保护性摩擦氧化物层的快速形成,避免了高温恶化材料的机械性能.研究了Fe_2O_3对H13钢和45钢磨损性能的影响,分析了摩擦氧化物层的形成机理,并探讨了基体硬度对摩擦氧化物层的作用.研究结果表明:无添加时,低硬度45钢的耐磨性明显差于高硬度的H13钢;GCr15钢在与45钢对摩时,磨损率也明显大于与H13钢对摩时.添加Fe_2O_3后,纳米颗粒在H13和GCr15钢表面迅速相互黏着并形成保护性的摩擦氧化物层,导致磨损率急剧下降,且随载荷增加仅轻微波动.而较软45钢基体对摩擦氧化物层的支撑能力较弱,摩擦氧化物层破碎,高载下磨损率明显大于低载下.