热处理NiAl-Bi2O3涂层的宽温域循环摩擦学行为及高低温润滑相再生机制

采用UMT-3高温摩擦试验机评价了氩气气氛800℃热处理等离子喷涂NiAl-Bi₂O₃涂层在室温至800℃的摩擦磨损性能.通过分析热处理前后涂层及其摩擦表/界面的组成和微结构演变,首次研究了热处理NiAl-Bi₂O₃涂层的高低温润滑相(NiBi、Bi₂O₃和NiO)自适应再生机制及宽温域循环摩擦学行为.结果表明：热处理能使涂层中产生弥散增强的Al₂O₃和具有中低温润滑性的金属间化合物NiBi,提高了涂层室温至800℃的减摩抗磨性能,尤其使涂层在400℃的摩擦系数和磨损率分别从0.39和35.56×10^-5 mm³/(N·m)降至0.28和8.53×10^-5 mm³/(N·m);在800℃时,接触表面通过摩擦氧化再次产生润滑相(Bi₂O₃、NiO),并与增强相Al₂     

Ni3Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为

采用等离子喷涂法制备Ni₃Al基涂层,分别以316L和Al₂O₃为摩擦偶件,考察25~800 ℃内摩擦偶件材料对涂层摩擦学行为的影响. 结果表明:在软金属Ag析出、BaF₂/CaF₂脆-塑性转变和摩擦氧化协同作用下,随温度升高Ni₃Al/316L和Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副的摩擦系数和磨损率具有一致的变化规律,且Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副性能更佳. 25 ℃时,涂层与316L对摩时发生黏着磨损和磨粒磨损,而与高硬度的Al₂O₃对摩时发生脆性剥层和磨粒磨损,使涂层表面更粗糙导致较高的摩擦系数;Al₂O₃热导率较低,高接触应力作用下产生的大量摩擦热不能及时耗散,剥落材料贮存于剥落坑或黏附于磨损表面,使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有较低的磨损率. 200~600 ℃时,高硬度的Al₂O₃对涂层的犁削作用较强导致Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有高的摩擦系数;而涂层在Al₂O₃碾压下发生塑性变形,使其具有较低的磨损率. 800 ℃时,高硬度的Al₂O₃促使磨损表面形成高氧化物含量的润滑膜,使Ni₃Al/Al₂O₃摩擦副具有低的摩擦系数和高的磨损率.      

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni₃Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时,载荷增加促进了润滑相的“析出效应”,但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”,使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600 ℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800 ℃时,磨损表面形成富含NiCr₂O₄、Ag₂MoO₄和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.      

Ti3SiC2/Inconel718摩擦副的高温摩擦学性能

本文考察了Ti3SiC2-Inconel 718摩擦副从室温到800 ℃范围内的摩擦磨损性能.结果表明:温度的升高有利于改善Ti3 SiC2-Inconel 718摩擦副的摩擦磨损性能,在800℃时,其摩擦磨损性能优异.随着温度的升高,摩擦系数从室温的0.71降至800℃时的0.37,Ti3SiC2的磨损率从4×10-3 mm3/(N·m)降至10-5mm3/(N·m)以下.高温塑性变形和摩擦氧化物层的形成导致摩擦系数的降低,300℃以下,晶粒的断裂、拔出与脱落以及材料向合金的转移造成了Ti3SiC2高的磨损率,从400℃至800℃,Ti3 SiC2晶粒的断裂与脱落受到明显抑制,其磨损率显著降低.     

原位合成Ag/Ag2MoO4纳米复合润滑剂对YSZ涂层摩擦学性能的影响

通过大气等离子喷涂工艺制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,采用真空浸渍技术和水热合成的方法,将含有反应物离子或分子的前驱体溶液引入YSZ涂层内部固有的微裂纹和孔洞等缺陷中,并在缺陷中原位合成了直径约78~111 nm的Ag/Ag₂MoO₄类球形纳米颗粒,首次制备出了YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层. 摩擦试验结果表明:与YSZ涂层相比,YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层由于在室温和600 ℃下形成了润滑层,抑制了YSZ涂层摩擦表面的脆性断裂和磨粒磨损,从而显著降低了涂层的摩擦系数和磨损率,有效提高了涂层的摩擦学性能.      

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti3SiC2增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti₃SiC₂/Ni60复合涂层,分别是5%Ti₃SiC₂+Ni60(N1)和10%Ti₃SiC₂+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600 ℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理. 结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_xNi_y,γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti₃SiC₂组成. N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_0.5)的3倍左右,分别为1 101.90HV_0.5 和1 037.23HV_0.5 ,在室温、300和600 ℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47). N1、N2涂层在室温、300和600 ℃下的磨损率分别为3.07×10?5、1.47×10?5、0.77×10?5 mm3/(N·m)和1.45×10?5、0.96×10?5、0.62×10?5 mm3/(N·m),均远小于基体[35.96×10?5、25.99×10?5、15.18×10?5mm3/(N·m)]. 在本文中Ti₃SiC₂提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能. 室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300 ℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600 ℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600 ℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.      

直流复合高功率脉冲磁控溅射VAlN-Ag涂层的宽温域摩擦特性研究

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层,调控HiPIMS靶功率控制Ag质量分数变化范围(11.4%、19.8%、24.5%),探究了涂层在25、300和650℃温度下的摩擦学性能.在室温摩擦条件下,3种涂层的摩擦系数均较高,当温度升高至300和650℃时,摩擦系数随Ag含量增加而降低,高Ag含量(质量分数24.5%)涂层摩擦系数最低,分别为0.45和0.23.磨损率随温度升高而增加,宽温域环境中,低Ag含量的S1 (Ag质量分数为11.4%)涂层具有最优的力学性能和最低的磨损率,使复合涂层在宽温域内表现出良好的摩擦学性能.复合涂层的物相结构、元素价态和化学键在中低温摩擦环境中无明显变化;经650℃摩擦试验后,涂层表面发生摩擦化学反应,V和Ag元素的价态升高,生成层状结构的AgVO₃和Ag₃VO₄高温润滑相,有效降低涂层的摩擦系数.高温摩擦过程中伴随着元素扩散,涂层内部微结构演变成致密的Al₂O₃层包裹钒酸银润...     

NiAl-TiO_2/Bi_2O_3纳米复合涂层制备及宽温域摩擦磨损性能

采用等离子喷涂(APS)技术制备NiAl-TiO_2/Bi_2O_3纳米复合涂层,通过高能球磨及喷雾造粒制备TiO_2/Bi_2O_3纳米复合喂料,考察纳米结构TiO_2/Bi_2O_3的不同配比对复合涂层显微结构、力学及摩擦磨损性能的影响.结果表明:复合涂层组织致密,各相分布均匀,采用TiO_2/Bi_2O_3纳米复合喂料使涂层呈现出典型的双态区域,涂层结合强度均高于40 MPa.单纯TiO_2纳米喂料制备的复合涂层中低温摩擦磨损性能较差,TiO_2/Bi_2O_3的复配改善了涂层中低温的塑性和摩擦学性能,并提高了涂层的高温润滑性能,其复合涂层磨损率均低于7×10-5 mm~3/(N·m),摩擦系数在800℃时可低至0.1左右,但过高的Bi_2O_3含量会导致涂层硬度降低,磨损率增加.高温摩擦促进了Bi_4Ti_3O_(12)、NiTiO_3等三元氧化物润滑相的生成,其与TiO_2、NiO在磨损表面形成光滑连续的摩擦层使涂层具有优异的高温摩擦学性能.     

ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究

ZCuPb₂₀Sn₅合金作为柱塞泵转子内衬材料,因其含铅量高,而具有良好的减摩耐磨性能,可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机,以ZCuPb₂₀Sn₅和45钢为摩擦副,研究了不同PV值和油润滑条件下,ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加,ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦系数先增加后减小,而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下,摩擦系数和磨损率最低,摩擦系数最低能达到0.010,平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063;在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下,摩擦系数达到另一低峰值0.070,磨损率为2.972×10?7 mm3/(N·m). PV值最大时,摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时,在油润滑的作用下,主要磨损机制为轻微黏着磨损;载荷大于150 N时,在铅和油的协同作用下,以黏着磨损为主,少量磨粒磨损;当载荷大于250 N时,摩擦系数与磨损率均偏高,以磨粒磨损为主,局部有少量氧化磨损.      

V2AlC MAX相涂层的宽温域摩擦学性能研究

MAX相涂层是一类兼具陶瓷和金属性能的层状结构材料，具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能，同时M位元素丰富，在宽温域摩擦过程中生成具有润滑作用的M基氧化物，受到广泛关注.本文中选择可生成V基Magnéli润滑相的V₂AlC体系，采用电弧复合磁控溅射技术结合后续热处理制备高纯V₂AlC MAX相涂层，并系统研究该涂层在室温～700℃宽温域下的摩擦磨损机理.研究发现，涂层在300和500℃时摩擦形式主要以黏着磨损和磨粒磨损为主.当环境温度高于600℃时，V的外扩散和氧化导致涂层表面生成层状V₂O₅润滑相，在600℃时形成连续的润滑膜，从而使V₂AlC涂层具有最佳的摩擦学性能.同时，保留的V₂AlC主相在摩擦过程中起承载作用，降低涂层的磨损率.     

宽温域环境中聚四氟乙烯及其复合材料摩擦学性能研究

对比研究了?100~100 ℃范围内聚四氟乙烯(PTFE)及三氧化二铝/聚四氟乙烯(Al₂O₃/PTFE)复合材料的摩擦学性能. 研究结果表明,PTFE因为蠕变,在升温过程中摩擦系数逐步降低,磨损率逐步升高. 而引入Al₂O₃填料会显著影响PTFE的摩擦学行为,Al₂O₃/PTFE的摩擦系数普遍比PTFE高,而磨损率比PTFE低. 摩擦学机理表明,滑动过程中形成的摩擦膜是决定摩擦学行为的关键因素. 这对极端工况条件下高分子复合材料的设计具有重要的指导意义.      

含氢无定型碳摩擦转移膜结构演化规律研究

利用中频磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并使用球-盘摩擦机考察了空气和干燥氮气(N₂)氛围中a-C:H薄膜摩擦行为的差异,讨论了随着摩擦时间增加,薄膜上磨痕及Al₂O₃对偶球上转移膜的结构变化对摩擦行为的影响. 试验结果显示:a-C:H薄膜在干燥氮气中摩擦具有比在空气中更低的摩擦系数和更长的磨损寿命. 微观结构分析表明,转移膜可以起到降低摩擦的作用,在干燥氮气中,随着摩擦进行,Al₂O₃对偶球上逐渐形成具有典型DLC特征的碳转移膜并稳定地存在,这是摩擦性能进一步提高的原因. 此外,在干燥氮气中摩擦,磨痕表面和对偶球上转移膜表面结构均趋于“石墨化”. 上述二者的共同作用使得a-C:H薄膜在N₂环境下比在空气中更低的摩擦磨损.      

添加Ag2Nb4O11的NiAl基复合材料的高温摩擦学性能及高温润滑机理研究

首先采用高温固相反应法合成了由纳米球状结构紧密堆积的微米级粉体Ag₂Nb₄O₁₁,然后通过粉末冶金技术制备了添加铌酸银(Ag₂Nb₄O₁₁)的NiAl基复合材料(NABO20,NiAl-20%Ag₂Nb₄O₁₁),考察其对复合材料显微结构、力学及摩擦学性能的影响. 结果表明:热压烧结过程中,Ag₂Nb₄O₁₁发生高温分解及与C发生氧化还原反应,形成了NbC和Ag相. 铌酸银(Ag₂Nb₄O₁₁)的添加使得复合材料的密度略有增加,并且显著改善了NiAl基复合材料的显微硬度. 在高温摩擦条件下(800 ℃),由于NABO20磨损表面和Al₂O₃对偶球表面均形成完整光滑的润滑膜(Nb₂O₅、Al₂O₃、Ag₂Nb₄O₁₁、AgNbO₃和AgNb₃O₈),两层膜的存在阻隔了对偶球和复合材料的直接接触,抑制了磨损进程,从而有效地提高了复合材料的耐磨性能.      

热处理对Ni/Ti2AlC复合材料显微组织和摩擦学性能的影响

通过真空热压烧结方法制备Ni/Ti₂AlC复合材料,并对材料进行热处理,考察了两种不同热处理工艺对复合材料的显微组织和室温及800 ℃下摩擦学性能的影响. 结果表明:烧结后,Ni/10%Ti₂AlC复合材料包含Ni基固溶体、TiC_x、Ni₃Al和少量Al₂O₃,而Ni/50%Ti₂AlC主要由Ni₂TiAl、TiC_x、Ti₃NiAl₂C和少量Al₂O₃组成. 分别于1 200和1 350 ℃热处理16 h后,Ni/10%Ti₂AlC中的Ni₃Al相和Ni/50%Ti₂AlC中的Ti₃NiAl₂C相消失. 热处理导致TiC_x相的生长,复合材料显微组织得到优化,同时材料保持了高度致密性. 热处理后,两种复合材料的维氏硬度下降,这主要归结于Ni₃Al强化相的消失和碳化物的长大. 随着热处理温度的升高,室温下复合材料的磨损率降低,这主要归结于热处理优化了显微组织,提高了两相结合强度,进而抑制了TiC_x颗粒的脱出,减少了磨粒磨损的发生;800 ℃摩擦条件下,热处理前后,复合材料均表现出较低的摩擦系数和磨损率,这主要归结于高温下磨损表面形成的由TiO₂、NiO和NiTiO₃组成的润滑膜所起到的减摩抗磨作用,此外,热处理使得显微组织更均匀,更有利于磨损表面TiO₂和NiTiO₃润滑相的形成,对摩擦学性能有利.      

激光熔覆CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术成功制备了CoCrFeNiNb_x (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0)高熵合金涂层,研究了Nb元素对高熵合金涂层微观组织和显微硬度的影响,分析了CoCrFeNiNb_0.75涂层在25~800 ℃的摩擦磨损性能和机制. 结果表明:CoCrFeNiNb_x高熵合金涂层主要由FCC (面心立方)相与具有HCP晶格结构的Laves相组成. 随着Nb摩尔含量的增加,CoCrFeNiNb_x的微观组织由单一的胞状晶FCC固溶体相(x=0)向亚共晶组织(x=0.25)、共晶组织(x=0.5)和过共晶组织(x=0.75,1.0)逐步发生演变. CoCrFeNiNb_0.75涂层具有最高的平均硬度(574 HV),表明适量的Nb元素的掺杂能有效提高涂层的显微硬度,这是固溶强化、第二相强化以及层片共晶组织中产生的大量新界面阻碍位错运动的边界强化相互作用的结果. CoCrFeNiNb_0.75涂层在室温下的磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损,而在400和800 ℃下均为氧化磨损. 在800 ℃时,磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金在高温环境下表现出了优异的摩擦磨损性能.      

火焰喷涂聚酰胺12/纳米SiO2涂层的摩擦磨损性能

采用火焰喷涂法制备了聚酰胺12/纳米SiO2(PA12/n-SiO2)涂层.利用红外光谱仪(FTIR)和X-射线衍射仪(XRD)对涂层的结构进行了分析;利用摩擦磨损试验机及扫描电子显微镜表征了涂层的摩擦磨损性能及磨损表面形貌.结果表明:火焰喷涂法适宜制备PA12/n-SiO2涂层;PA12/n-SiO2粉末在火焰喷涂过程中没有发生氧化或降解反应;n-SiO2含量为1.5wt%的涂层在100 N、100 r/min、60 min的干摩擦条件下,其摩擦系数为0.52,磨损量为1.5 mg,跑合期为25 min左右,而纯涂层在相同摩擦条件下摩擦系数、磨损量、跑合期分别为0.59、3.5 mg和35 min,跑合期较纯涂层短,显示复合涂层具有较好的耐磨性能,分析认为涂层的磨损机理主要为疲劳磨损、塑性变形和黏着磨损.     

纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层微观组织和耐磨性能研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层，系统研究了纳米Sm₂O₃对TiC/Co基复合涂层宏观形貌、微观组织和耐磨性能的影响. 结果表明:纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层主要由γ-Co、Cr₂₃C₆、TiC、Co₃Ti和Fe₇Sm相组成. 纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层呈现出与基体形成更加优良的冶金结合和优良的润湿性，显微组织明显细小均匀. 随着纳米Sm₂O₃含量增加，复合涂层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低，当纳米Sm₂O₃质量分数为1.5%时，复合涂层的显微硬度和耐磨性能分别提高了10.1%和17.1%. 添加纳米Sm₂O₃的复合涂层的磨损机理均为磨粒磨损. 应用多元统计分析的结果也表明纳米Sm₂O₃对TiC/Co基合金涂层有着显著影响.      

钛合金表面DLC薄膜的制备及其与不同材料配副的摩擦学性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在钛合金TC4表面制备了梯度结构DLC薄膜,并研究了DLC薄膜微观形貌结构、力学性能以及不同对偶球材料(包括4种陶瓷与4种金属材料)对其摩擦学性能的影响. 结果表明:所制备的梯度结构DLC薄膜表面相对光滑平坦且与基底结合紧密,具有良好的力学性能;对于陶瓷球/DLC配副,在摩擦过程中由于对偶球硬度较大且耐磨,从而在陶瓷球表面易于形成稳定的碳质转移膜,SiC/DLC、Si₃N₄/DLC和ZrO₂/DLC表现为轻微的磨粒磨损和黏着磨损,而Al₂O₃球表面的碳元素含量较高使得DLC薄膜虽然发生破损和剥落但其摩擦系数仍保持在较低水平;金属球/DLC与陶瓷/DLC相比较,由于金属对偶球硬度较低,在摩擦过程中碳质转移膜无法稳定地覆盖在金属球,引起较高的摩擦系数,Al/DLC主要表现为严重的磨粒磨损,而Brass/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC主要为轻微的磨粒磨损或黏着磨损;SiC/DLC、ZrO₂/DLC、304SS/DLC和GCr15/DLC的DLC薄膜均具有较低的摩擦系数和磨损率且对偶球的磨斑较小,故其为较合理的摩擦副. 赫兹接触分析表明,陶瓷/DLC中除了ZrO₂/DLC,平均摩擦系数和计算接触半径的变化趋势是一致的,而在金属/DLC中并未发现这一规律.