CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.     

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.     

石墨烯环氧涂层的耐磨耐蚀性能研究

将石墨烯水分散液添加到双组份水性环氧树脂中制备石墨烯固体润滑涂层,采用交流阻抗谱和动电位极化曲线研究了涂层在模拟海水(3.5%Na Cl溶液)中的电化学腐蚀行为和失效过程;采用UMT-3摩擦磨损试验机评价了三种石墨烯基环氧涂层在干摩擦和海水环境条件下的滑动摩擦磨损行为,并分析了其磨痕形貌和磨损机理.结果表明:石墨烯可以明显提高水性环氧的涂层电阻和电荷转移电阻,并降低环氧涂层在干燥条件与海水环境的摩擦系数和磨损率;石墨烯环氧涂层的摩擦系数和磨损率在海水环境中均比干摩擦低.     

TiSiN/Ag纳米多层涂层的抗菌及摩擦学性能研究

采用多弧离子镀技术,在Ti-6Al-4V合金表面沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层和TiSiN涂层,研究沉积涂层的结构、抗菌及摩擦学性能.利用X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱仪(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征涂层的成分和结构,用纳米压痕仪测试涂层的硬度.采用Rtec往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦学性能进行研究,评价了涂层对大肠埃希氏菌和枯草芽孢杆菌的抗菌性能.结果表明:与TiSiN涂层相比,TiSiN/Ag多层涂层表现出较低的摩擦系数;两种涂层在海水中磨损率远小于Ti-6Al-4V基底,其中,TiSiN/Ag多层涂层比TiSiN涂层在海水环境中表现出较低的磨损率;对TiSiN/Ag多层涂层进行24 h抗菌试验后,该涂层对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌率分别达到99.98%和100%.     

偏压对高功率脉冲磁控溅射法沉积MoN涂层结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法在9Cr18钢基材上制备了MoN涂层.系统研究了不同偏压对其结构、力学性能以及摩擦学性能的影响，并优化出耐磨性优异的MoN涂层.采用场发射扫描电镜分析涂层的表面和截面形貌，采用X-射线衍射仪分析涂层的晶相结构，采用纳米压痕仪测量涂层的硬度和弹性模量，采用摩擦磨损试验机(CSM)评价涂层的摩擦磨损性能.结果表明：随着偏压的增加，涂层由柱状晶体结构向致密无特征晶体结构转变，相结构以面心立方Mo₂N相为主. HiPIMS方法制备的MoN涂层均表现出较高的硬度(28 GPa以上)和较好的膜基结合力(60 N左右).摩擦学性能方面，在120 V偏压下沉积得到的涂层摩擦系数最低，为0.24；而在160 V偏压下沉积的涂层磨损率最低，为1.4×10^-8 mm³/(N·m).     

后热处理对304不锈钢激光熔覆Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层组织和摩擦学性能的影响

采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层,对涂层在600℃(去应力退火)进行1 h和2 h热处理,分析了热处理前后复合涂层的显微组织、硬度和摩擦学性能的变化.结果表明:三种涂层中,热处理1 h后涂层的显微硬度最大(最高值HV0.5765.0),在10 N干摩擦条件下,其摩擦系数为0.39,磨损率为3.37×10~(–6)mm/(Nm),该涂层表现出最好的耐磨减摩性能,磨损机理主要表现为轻微的磨粒磨损;未热处理的涂层摩擦系数为0.53,磨损率为6.39×10~(–6) mm/(Nm),磨损机理主要表现为脆性断裂、黏着磨损和磨粒磨损;热处理2 h后的涂层摩擦系数为0.39,磨损率为5.29×10~(–6)mm/(Nm),磨损机理主要表现为磨粒磨损和轻微黏着磨损.在本文试验条件下,后热处理1 h可有效提高激光熔覆自润滑耐磨涂层的硬度并改善其耐磨减摩性能.     

基体偏压对反应磁控溅射ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜结构及性能的影响

采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、-80、-300V)于AISI 440C钢及单晶Si(100)基体表面制备了ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳米多层薄膜微观组织结构,并通过纳米压入仪与真空球-盘摩擦试验机分别测试了各薄膜力学及真空摩擦学性能.重点研究了基体偏压对ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜微观组织结构,进而对其力学及摩擦学性能的影响机制.结果表明:较低的基体偏压会导致纳米多层薄膜中ZrN层差的结晶状态,而较高的基体偏压则易于引起ZrN层与SiNx层层间界面的交混.上述两种薄膜组织及结构的变化均不利于该纳米多层薄膜力学及摩擦学性能的改善.在适宜的偏压条件下(-80 V),ZrN/d-SiNx薄膜呈现出具备良好层间界面的晶体/非晶体纳米多层结构,与其他偏压条件制备的纳米多层薄膜相比,该薄膜表现出更好的力学及摩擦学性能.     

TiSiN/Ag纳米多层涂层海水环境磨蚀性能研究

本文中采用多弧离子镀系统在Ti-6Al-4V合金(TC4)上沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层. 使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并使用纳米压痕测试其硬度. 用Rtec MFT500摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试. 结果表明:涂层具有致密的结构和清晰的多层界面,TiSiN层与Ag层交替沉积,涂层中包含TiN、Ag和Si₃N₄相,非晶Si₃N₄包裹纳米晶TiN. 相比TC4合金基体,沉积TiSiN/Ag纳米多层涂层后,摩擦系数在大气环境和海水环境均能下降0.15以上,磨损率降低两个数量级. 人工海水中摩擦状态下材料出现腐蚀摩擦交互作用,主要损耗形式为腐蚀对磨损的促进,TiSiN/Ag纳米多层涂层的耐磨蚀性能远优于基体材料.      

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.     

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.     

Ag-Cu-MoS2复合材料的真空载流磨损性能

采用粉末冶金方法制备了含有不同Cu质量分数(2%~4%)的Ag-Cu-MoS_2复合材料,并对其力学性能、电学性能和真空载流磨损性能进行了研究.结果表明:较高Cu质量分数的Ag-Cu-MoS_2复合材料表现出较高的硬度和抗弯强度;中等Cu质量分数(2.5%和3%)的Ag-Cu-MoS_2复合材料电刷表现出较低的电压降和电噪声;滑动速度的增加会降低材料间的接触稳定性,进而导致较高的电压降和较大的电噪声.在真空载流条件下与Ag合金盘滑动摩擦过程,不同Cu质量分数的Ag-Cu-MoS_2复合材料电刷均表现出较低的磨损,其磨损率在1×10~(–14)m~3/(N·m)~2.5×10~(–14)m~3/(N·m)范围,其磨损机理主要为疲劳磨损以及黏着磨损.     

不同配副下ZrB2-SiC复相陶瓷的摩擦学性能

以微米级ZrB_2和SiC粉末为原料,采用热压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷,考察了SiC含量,摩擦对偶,速度和载荷对ZrB_2-SiC复相陶瓷摩擦磨损特性的影响.结果表明:ZrB_2-SiC复相陶瓷的摩擦系数和磨损率对SiC含量和摩擦对偶的变化较为敏感,速度和载荷变化,摩擦系数和磨损率的波动较大;以WC为对偶,速度0.1 m/s,载荷5 N时的ZrB_2-SiC复相陶瓷的平均摩擦系数和磨损率分别仅为0.4和2.41×10–4 mm3/(N·m).ZrB_2-SiC复相陶瓷的磨损机制以机械磨损为主,伴有轻微摩擦氧化,摩擦层的形成有利于摩擦系数的减小.     

TA2合金激光熔覆自润滑复合涂层组织与摩擦学性能

以三种不同质量分数配比为40%Ti–19.5%Ti C–40.5%WS_2、40%Ti–25.2%Ti C–34.8%WS_2、40%Ti–29.4%Ti C–30.6%WS_2的复合粉末为预置原料,采用激光熔覆技术在钛合金TA2表面原位合成自润滑耐磨复合涂层.系统地分析了涂层的物相、组织、显微硬度及其摩擦学性能与机理.结果表明:三种涂层的显微硬度分别为HV_(0.5)927.1、HV_(0.5)1007.5和HV_(0.5)1052.3,相对于基体(HV_(0.5)180)有极大的提高;三种涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.41和30.98×10~(–5) mm~3/(N·m);0.30和18.92×10~(–5) mm~3/(N·m)以及0.34和15.98×10~(–5) mm~3/(N·m).WS_2质量分数为34.8%和30.6%的预置粉末制备的涂层表现出较好的耐磨减摩性能,其磨损机理为轻微的塑性变形和黏着磨损.     

MoS2基复合薄膜制备及其结构与摩擦学性能研究

利用多靶磁控溅射法制备MoS_2基系列复合薄膜,通过扫描电子显微镜、X-ray衍射、拉曼光谱对薄膜微观形貌及晶体结构进行表征,利用纳米压入表征薄膜硬度及弹性模量,通过微动摩擦磨损试验对比分析了该系列薄膜在大气环境下的润滑性能.研究结果表明:MoS_2薄膜中复合C、Ti元素可有效抑制薄膜生长过程中柱状结构的形成,薄膜更为致密;复合薄膜的摩擦系数及磨损率显著降低.其中,MoS_2+C+Ti三元复合薄膜硬度为7.43 GPa,其弹性模量及弹性恢复量分别为98.1 GPa和61.7%.在大气环境(RH 35%~50%)下,法向载荷10 N时MoS_2+C+Ti薄膜具有最低的磨损率4.67×10–17 m~3/(N·m),该薄膜在不同载荷的微动摩擦试验中均具有最好的承载力.     

SiCH油/TiN薄膜复合体系的摩擦学性能研究

本文中采用多弧离子镀TiN薄膜对钢基体进行表面改性与SiCH润滑油相结合的方式,研究了SiCH油/TiN薄膜复合体系的真空摩擦学性能,并分析了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明:在SiCH油/TiN薄膜复合体系中,摩擦副对偶双方表面均采用TiN薄膜进行改性后,由于TiN薄膜具有良好的稳定性和耐磨性,与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦试验中表现出良好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数约0.07,在经过1.8×10~6r的摩擦试验后,尽管SiCH油中形成了微量的多甲基基团的硅碳化合物Si-[R-(CH_3)_3]_3并未影响其良好的润滑性能,表明SiCH油/TiN薄膜复合体系耐磨寿命高达1.8×10~6r以上.     

球形WC增强铁基复合等离子堆焊层的组织与摩擦学性能

为提高304不锈钢的摩擦学性能,将质量分数为30%和60%的球形WC添加到铁基复合粉末,采用等离子堆焊技术在其表面制备了WC增强铁基复合涂层.分析其显微组织结构、物相和显微硬度,在恒定载荷(50 N)和滑动速度(20 mm/s)下进行干摩擦磨损试验,研究其干滑动摩擦学性能.结果表明:富含Cr的固溶强化奥氏体、高硬度的Cr7C3和WC增强相的存在,提高了WC增强铁基堆焊层的硬度,30%WC和60%WC涂层的显微硬度达到HV0.2665和HV0.2724,比铁基涂层提高了21.1%和31.9%,是304基体的3.7和4倍;30%WC和60%WC涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.59和2.639×10~(–6) mm~3·N~(–1)·m~(–1),0.42和1.111×10~(–6) mm~3·N~(–1)·m~(–1).30%WC和60%WC涂层均表现出优异的耐磨性能,其磨损机理分别为黏着磨损和二体磨粒磨损的混合机制,和三体磨粒磨损.     

时效处理对AA2099铝锂合金摩擦学行为的影响

研究了固溶及不同时效状态AA2099铝锂合金的力学性能、摩擦学行为及机理.结果表明:随时效时间的延长,摩擦系数先降低后升高,时效35 h时摩擦系数最低(0.137);磨损量单调减少,时效96 h合金的磨损率最低,为1.7×10–3 mm3/(N·m).固溶态和不同时效态的AA2099铝锂合金主要磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损.摩擦产物对摩擦系数有重要影响,时效35 h的合金摩擦产物分布均匀且连续,具有良好的减摩作用;合金的力学性能与磨痕浅层结构稳定性共同影响合金的磨损率,时效时间小于35 h,合金表面易形成发生剥落的结构,磨损量变化与传统认为的H/E变化不符,但随时效时间进一步延长,剥落减少,磨损量与H/E变化正相关.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

Irradiation-Induced Solute Clustering in a Low Nickel FeMnNi Ferritic Alloy

Understanding the radiation embrittlement of reactor pressure vessel (RPV) steels is required to be able to operate safely a nuclear power plant or to extend its lifetime. The mechanical properties degradation is partly due to the clustering of solute under irradiation. To gain knowledge about the clustering process, a Fe−1.1 Mn−0.7 Ni (at.%) alloy was irradiated in a test reactor at two fluxes of 0.15 and 9 ×10¹⁷ n _E > 1MeV .m^− 2.s^− 1 and at increasing doses from 0.18 to 1.3 ×10²⁴ n _E > 1MeV .m^− 2 at 300°C. Atom probe tomography (APT) experiments revealed that the irradiation promotes the formation in the α iron matrix of Mn/Mn and/or Ni/Ni pair correlations at low dose and Mn–Ni enriched clusters at high dose. These clusters dissolve partially after a thermal treatment at 400°C. Based on a comparison with thermodynamic calculations, we show that the solute clustering under irradiation can just result from an induced mechanism.