铝质材料的摩擦学表面改性

在工程应用中，铝质材料是一类重要性仅次于钢铁的金属材料。但是，铝质材料作为摩擦学材料，却存在着质软、摩擦系数高、磨损大、容易拉伤且难以润滑等严重弱点。为了总结科学工作者在铝质材料的摩擦学表面改性方面的研究成果，借以推动有关工作的深入开展，对这类材料的各种摩擦学表面改性技术的研究进展及其发展现状作了概述，其中，重点综合介绍的是本世纪八十年代新发展起来的自润滑阳极氧化铝处理技术的基本原理、处理方法和应用等，同时，根据有关的测试和分析结果，对自润滑阳极氧化铝在研究和开发工作中所存在的一些问题，以及产生这些问题的原因等进行了分析与讨论，并就其今后的发展方向和应当进行改进研究的几个重点课题作了预测与评述。     

钛合金表面改性层的摩擦学性能

对生物医学钛合金表面进行不同的表面改性处理,用静动摩擦系数测定仪评价了改性层的摩擦学性能．结果表明：氢氧化钠溶液处理后的钻合金表面生成了较厚的TiO2层,改性层的摩擦系数显著降低,抗磨性能较好;钛合金表面TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性较差,而在较低载荷(1N)下的抗磨性能较好;热氧化处理后的钛合金表面在较高及较低载荷下的抗磨性都较差．钛合金表面的TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性能较差,这主要是因为TiO2溶胶—凝胶涂层涂覆Ti合金表面存在Al2O3所致．     

塑料表面改性对其摩擦学性能影响

论述了采用离子注入、气相沉积、激光熔敷和等离子喷涂等表面改善塑料摩擦学性能方面的研究现状和进展,分析了塑料表面离子注入改性的机理,指出采用合适的表面改性工艺可有效地提高塑料表面的硬度并进而提高其耐磨性,从而进一步延长塑料的使用寿命 ,扩大其段А     

环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究

以 3种剂量 (2× 10 1 5 ions/cm2 、1× 10 1 6 ions/cm2 及 1× 10 1 7ions/cm2 )分别对环氧树脂进行 Al、Ti和 Fe离子注入处理 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了注入改性层的摩擦学性能 ,采用傅立叶变换红外光谱仪分析离子注入前后环氧树脂表面基团及其键合方式 .结果表明 :3种金属离子注入处理后环氧树脂的耐磨性均显著提高 ,摩擦系数降低 ;其中 Al离子注入处理的摩擦学改性效果最好 ;对应于环氧树脂最小磨损体积损失的不同金属离子的注入剂量亦不同 .红外光谱分析结果表明 :经 Al离子注入后 ,环氧树脂表面保持微量的吸附水 ;同时其表面发生了脱氢及氧化等作用 ,形成了新的化学基团 ,且其立体网状交联程度提高 ,这使得离子注入处理后环氧树脂的减摩耐磨性能得以明显改善 .     

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展

评述了单晶硅表面改性及其微观摩擦磨损性能研究现状和进展,就单晶硅微观机械性能和摩擦磨损性能、单晶硅表面沉积薄膜和氧化层的微观机械和摩擦学性能及硅材料表面离子注入和表面纳米化等相关研究进行了归纳总结;指出应当继续深化硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究,特别是应当加强硅材料表面离子注入及表面纳米化的研究,从而满足MEMs／NEMs等高技术领域的应用和发展需要．     

Fe-Mo-CaF2高温自润滑材料的摩擦学特性研究

采用中频感应热压工艺制备了具有良好高温摩擦学特性的Fe—Mo—CaF2高温自润滑材料,并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了Fe—Mo合金和Fe—Mo—CaF2高温自润滑材料的摩擦磨损机理．结果表明,由于高温下的机械摩擦化学效应,Fe—Mo合金磨损表面形成了由MoO2及Fe2O3组成的黑色釉质膜,从而表现出良好的减摩抗磨性能．在500℃以上时,Fe—Mo—CaF2合金磨损表面形成了由CaF2、MoO2、CaMoO4、Fe2O3及FeMo4F6等组成的复合润滑膜,从而表现出良好的高温自润滑性能．     

倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响

本文中通过对PTFE纤维/芳纶纤维混合编织衬垫分别进行稀土处理和丙酮处理,研究了在倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)以及三维形貌仪分析了衬垫磨损表面微观形貌.研究结果表明:与未经改性处理衬垫的轴承相比,经稀土处理和丙酮处理后自润滑关节轴承减磨耐磨性能均得到提高,其中在高摆频工况下,衬垫经稀土处理后自润滑关节轴承减摩耐磨性能得到更大程度的提高;稀土处理轴承衬垫仅出现轻微黏着磨损,这是由于稀土处理过程增强了衬垫层的自润滑功能.     

Ni3Al基自润滑复合材料摩擦学性能的研究

采用真空热压烧结方法制备了Ni3Al基自润滑复合材料,通过HT-1000型球盘式高温摩擦仪分别测试了不同条件下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明：复合材料在20～1 000℃均具有良好的自润滑性能,其摩擦系数在0.24～0.43之间.研究发现复合材料在低载（5 N、滑动速度为0.2 m/s）低温（20～400℃）下具有最低的摩擦系数（0.24～0.29）,但在低载高温下（600℃以上）摩擦系数较高（0.39～0.41）;而在高载（20 N）时在整个温度测试区间（20～1 000℃）拥有低而稳定的摩擦系数（0.28～0.31）.Ni3Al基自润滑材料优异的高温摩擦学性能归因于高温下材料摩擦表面形成的银、氟化物、氧化物以及钼酸盐等低剪切化合物的协同润滑作用.     

氮和碳等离子体基离子注入铝合金表面氮化铝／类金刚石碳膜改性层的摩擦学特性

对铝合金LY12进行等离子体基氮离子注入后再进行原位碳注入,从而在铝合金表面形成氮化铝（A1N）/类金刚石碳膜（DLC）改性层,考察了改性层的硬度及其在不同载荷下的滑动摩擦磨损特性;用X射线光电子能谱仪和小掠射角X射线衍射仪分析了A1N/DLC改性层的成分及相结构,用激光Raman光谱仪分析了表面单一碳层及磨痕的结构,结果表明：A1N/DLC改性层总厚度达800nm,最表层为厚400nm的DLC薄膜,过渡层主要由A14C3、β-C3N4、Al2O3及AlN等组成,注氮层由Al2O3和lN等组成;表面纳米硬度可达17.4GPa,比LY12的硬度高近10倍;在低载荷下,改性层的耐磨寿命与LY12合金相比提高了约20倍,摩擦系数降低了3-5倍,耐磨性提高了近170倍;随着滑动载荷的增加,其耐磨寿命和摩擦系数逐渐减小,而高的承载能力得以保持,DLC薄膜的耐磨减摩作用、过渡层及注氮层的支撑作用以及DLC薄膜在摩擦磨损过程中的石墨化作用是摩擦学性能提高的主要原因。     

稀土铈对镍－铜－磷／二硫化钼电刷镀层摩擦学特性的影响

ＭｏＳ２是性能优良的常用固体润滑剂，但其在大气特别是在潮湿大气中容易受到氧化而使性能变差．通过对添加和未添加稀土元素Ｃｅ的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２电刷镀层的对比试验研究，就这种元素改善镀层的摩擦学性能及其提高ＭｏＳ２抗潮湿大气腐蚀的作用进行了考察，并且用扫描电子显微镜、Ｘ射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪等，对镀层的显微组织和ＭｏＳ２的元素价态等进行了分析．结果表明，未添加稀土元素Ｃｅ的镀层中的ＭｏＳ２容易氧化，Ｍｏ４＋和Ｓ２－分别被氧化成Ｍｏ６＋和Ｓ６＋，而添加稀土的镀层中的ＭｏＳ２仍以其原有的形式存在，而且镀层的显微组织明显比无稀土镀层的细而致密，同时稀土Ｃｅ４＋在电刷镀过程中通过还原反应产生电沉积，这有助于它在ＭｏＳ２表面优先沉积而起改性作用．因此，含稀土Ｃｅ４＋的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２镀层的摩擦学性能比无稀土镀层的好，前者的耐磨寿命比后者的约高５倍     

稀土催化低温熔融渗硫层的摩擦学性能研究

采用稀土催化低温熔融渗硫新工艺在Crl2钢和45^#钢表面获得一定厚度的渗硫层,用X射线衍射仪分析了渗硫层结构;在环-块摩擦磨损试验机上测定了干摩擦条件下渗硫层的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜研究了渗硫层及其磨痕表面形貌．结果表明：渗硫层呈多孔结构,由FeS、FeS2相和基体相组成;渗硫层具有明显的减摩作用,渗硫层的摩擦系数仅为相应无渗层材料的30％左右,其减摩作用同基体硬度及渗层厚度有关．与此同时,渗硫层在一定程度上提高了材料表面的耐磨性;而在相同试验条件下,Crl2钢表面渗硫层的减摩及耐磨性能优于45^#钢表面渗硫层．     

离子束表面改性及其在摩擦学中的应用

本文对离子束表面改性的各种方法和技术水平及其在摩擦学中的应用进行了综述,讨论了为使这种技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还必须研究的一些问题。大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法。离子束辅助涂层是新近发展起来的一种离子束表面改性技术,包括离子束增强沉积或离子束辅助沉积、离子束混合和离子束反冲注入。利用它可以制得0.05到几个微米厚的涂层。由于界面的相互扩散混合,离子束辅助涂层能更强地与底材结合,并且常比物理或化学气相沉积的涂层更密实。作者认为,离子束技术今后将在两个相关领域中发展,即直接的离子注入和离子辅助涂层,并且指出离子补助涂层技术将拓宽离子束技术在摩擦学中的应用范围。     

稀土改性对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料在不同温度下摩擦学性能的影响

采用CSEM THT07-135高温摩擦试验机,研究了不同温度下碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损行为,重点考察了稀土改性对复合材料摩擦学性能的影响.结果表明;稀土改性处理可以提高复合材料在测试温度范围内的减摩耐磨性能.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对纤维改性前后的形貌进行分析,发现稀土溶液对纤维表面具有一定的刻蚀作用,进而提高了其比表面积;通过XPS测试分析,发现改性后的碳纤维表面的O、N含量增加,从而提高了纤维表面的极性,最终提高了纤维与树脂间的界面结合强度和材料的耐磨性能.     

稀土对6063Al镍基激光熔覆层组织及摩擦磨损性能的影响

利用激光熔覆技术,在6063Al表面制备了添加有La2O3、Y2O3、Ce O2的Ni60合金熔覆层,并通过SEM、XRD、显微硬度计和摩擦磨损试验机等设备的测试分析,研究稀土氧化物对6063Al表面Ni基激光熔覆层组织结构、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明:不同成分熔覆层的主要相结构均为β-Ni Al(Cr)和少量的Al3Ni、Al Ni3和Al等,但La2O3+Ni60熔覆层中含稀土化合物Al4La,Y2O3+Ni60熔覆层中出现了YAl3、Al Ni Y和Ni17Y2,Ce O2+Ni60熔覆层中检测到了Ce Ni5和Ce3Ni6Si2;添加不同稀土氧化物的Ni60熔覆层呈现细密的、均匀分布的枝晶,无明显气孔,其晶粒较不含稀土的Ni60熔覆层明显细化;加入稀土氧化物的Ni60熔覆层硬度提高HV100~300,且随着深度的增加,硬度值比未加稀土的Ni60熔覆层过渡较平缓;和Ni60熔覆层相比,添加稀土氧化物La2O3、Y2O3和Ce O2的Ni60熔覆层磨损面崩损程度减小了,具有较平整的表面磨痕形貌,磨痕深度和宽度均大幅减小,磨损量减少了一个数量级,摩擦系数也较低,其中加入La2O3和Ce O2的熔覆层磨损量最低,耐磨性最好.     

内燃机磨合与表面改性实验研究

针对EQ6100型汽油机,利用内燃机磨合台架试验装置对所研制的内燃机专用磨合油与普通15W／40内燃机油进行对比磨合试验,对磨合油液进行直读铁谱分析,对缸套－活塞环磨合表面形貌及元素组成进行测试分析。结果表明：专用磨合油的磨合效果明显优于普通内燃机油;超细金刚石微粉可以加速磨合进程,分化并减小磨屑尺寸,从而避免缸壁拉伤和改善缸套－活塞环摩擦副的摩擦学特性。     

金属材料的激光表面改性及其在摩擦学中的应用

作者对激光表面处理的各种方法和现有技术水平进行了综述介绍,并就其在改善金属材料表面摩擦磨损性能方面的研究和应用,以及今后的发展都作了简要的分析和讨论。激光相变硬化能使处理的工件形成具有表面压应力的硬质马氏体表面,因而可以降低表面的磨损速率。在金属工件上通过激光包覆高抗磨、抗热、抗腐蚀和抗疲劳的高硬质合金甚至致密陶瓷,在严格控制工件材料对包覆合金稀释的情况下,可使底材获得高的摩擦学性能。激光合金化通过选择合金元素和基底材料能有选择地改进低成本工件的表面,使其具有优异的物理、化学和机械性能。激光上釉是通过细化铸造组织、减少偏析及形成高度过饱和固溶体等亚稳定相乃至非晶态而提高了材料的耐磨性、抗氧化性和抗腐蚀性能。激光冲击硬化是通过在材料表层内形成冲击波而引起“损伤”来改变表层的组织和性能。     

一种不锈轴承钢离子束增强沉积表面的微观分析和摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积技术，在将Ｔｉ用Ａｒ＾＋束溅沉积到淬火态９Ｃｒ１８Ｍｏ不锈轴承钢表面的同时，分别用Ａｒ＾＋，Ｎ＾＋和Ｃ＾＋轰击试样表面，制取了增强沉积的表面改性层