等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究

采用超音速等离子喷涂设备在45^#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.     

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦学性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了FeCrBSiMnNbW非晶纳米晶涂层.研究了涂层材料在干摩擦条件下的摩擦学性能.采用配备有能谱分析仪（EDAX）的扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对涂层的微观组织结构进行了表征.采用显微硬度计和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析,摩擦磨损试验在UMT-2型摩擦磨损试验机上进行,并采用三维白光干涉表面形貌仪（Phase Shift MicroWAM-3D）测定磨损量.结果表明：涂层组织均匀、结构致密、氧化物含量低,涂层主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度和弹性模量;在相同的试验条件下,非晶纳米晶合金涂层的相对耐磨性是传统3Cr13涂层的3倍;磨损机制主要为典型的脆性剥落.     

高速电弧喷涂Fe-Al／WC复合涂层的摩擦学特性

利用高速电弧喷涂技术制备了Fe-Al涂层和Fe-Al／WC复合涂层，在T-11型摩擦磨损试验机上对比研究了2种涂层同GCrl5钢球配副时的滑动摩擦磨损特性，并探讨了涂层的摩擦磨损机理．结果表明：可以将Fe-Al／WC复合涂层的摩擦磨损过程划分为3个阶段，随着滑动距离的增加，摩擦系数先迅速升高，之后缓慢降低直至平稳阶段；由于Fe-Al／WC复合涂层的平均硬度较高，且涂层中的硬质颗粒能有效地阻止裂纹的扩展，故其耐磨性明显优于Fe-Al涂层；随着滑动速度增加，裂纹的扩展速率加快，并产生较厚磨屑，从而使涂层的摩擦系数和磨损率均显著增大；在摩擦磨损过程中涂层表层受到拉应力与压应力的交替作用，Fe-Al／WC涂层的主要磨损机制为剥层磨损．     

等离子喷涂镍基合金涂层内聚强度的截面划痕表征

制备了3类不同成分的等离子喷涂Ni Cr BSi涂层,利用截面大载荷划痕测试方法表征了涂层内聚结合强度,评价了涂层在油润滑条件下的滑动磨损行为,讨论了涂层内部残余应力、显微硬度、内聚强度与涂层耐磨性之间的内在关联.结果表明:在本文所用涂层沉积与划痕测试条件下,Ni Cr BSi涂层内聚强度的高低次序为Ni25Ni35Ni45,涂层显微硬度的高低次序与喷涂原始粉末硬度次序同为Ni25Ni35Ni45;涂层耐磨性与显微硬度间无对应关系,而与内聚结合强度关系密切,三种涂层耐磨性高低次序为Ni25Ni35Ni45;Ni Cr BSi涂层在低载荷条件下的磨损失效形式主要为磨粒磨损,随着载荷增加,涂层内部微小孔隙、裂纹等缺陷在残余拉应力和摩擦剪切力作用下诱发裂纹扩展并引发材料剥落,使疲劳剥落主导了涂层的磨损失效.     

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.      

不同载荷下3Cr13不锈钢涂层磨损寿命研究

在T-11摩擦磨损试验机上研究了不同载荷下高速电弧喷涂3Cr13不锈钢涂层的磨损寿命.提出载荷-涂层磨损寿命耦合的关系函数方程.通过对涂层磨损形貌观察,分析了不同载荷对磨损失效机制的影响.结果表明:当载荷较低时,涂层磨损寿命分散程度大,磨损主要失效机制为点蚀和剥落;当载荷较高时,涂层磨损寿命分散程度小,分层是引发涂层磨损失效的关键机制.     

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.     

HT250刹车盘气体渗氮耐磨性研究

为提高HT250刹车盘耐磨、耐腐蚀性,延长服役寿命,对其进行了气体渗氮表面强化处理.分别对基体和氮化试样进行了微观组织和物相分析,研究了销盘干摩擦的摩擦磨损行为,探讨了HT250渗氮试样的磨损机理.结果表明:采用530℃×10 h气体渗氮时,渗氮层深为0.3 mm,其表层硬度HV_(0.1) 1 140;在20、50和100 N载荷下,渗氮试样摩擦系数均高于基体试样,但磨损率分别降低了11.1%、27.5%和38.3%.基体试样以疲劳剥层磨损为主,伴随着磨粒磨损;渗氮试样以剥层磨损为主,渗氮层的残余压应力抑制了裂纹的扩展,提高了其耐磨性.     

CdS纳米粒子的合成及其对PTFE基粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响

采用液相沉淀法制备了N,N-二辛基二硫代氨基甲酸修饰的Cd S纳米粒子,利用FTIR、XRD和SEM对其形貌与结构进行了表征,并利用MHK-500A环-块摩擦磨损试验机研究了Cd S纳米粒子含量和不同润滑条件对聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响.结果表明:所合成的Cd S纳米粒子大小均匀,粒径为20~30 nm;且Cd S纳米粒子能够改善涂层的摩擦学性能,当Cd S纳米粒子的添加质量分数为5%时,涂层的摩擦学性能最佳,摩擦系数和耐磨寿命分别为0.256和490 m/μm;与干摩擦相比,RP-3航空煤油润滑下涂层具有较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命,且航空煤油有益于涂层承载能力的提高,使涂层在1 000 N的载荷下仍具有较好的摩擦学性能.     

三种热喷涂涂层耐磨性能的研究

通过采用平稳加载往复滑动和动态加载冲击划痕 2种试验条件 ,研究了以钴基合金为重点的 3种热喷涂涂层的耐磨性 ,并初步探讨了其磨损机理 .结果表明 :3种涂层在滑动摩擦过程中的磨损机制为微切削和犁削 ;在冲击划痕条件下材料流失方式则以凿削和断裂为主 .试验结果证实 ,热喷涂涂层的耐磨性不仅与其宏观硬度有关 ,还与涂层的塑性、脆性及内聚强度密切相关     

含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究

采用电弧喷涂含WC-CoNi金属陶瓷粉末的粉芯丝材,在低碳钢基体上制备铁基复合涂层,采用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机评价铁基复合涂层的耐磨粒磨损性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析.结果表明:含WC陶瓷相涂层的耐磨粒磨损性能较好,相对Q235钢提高约9倍;当粉芯中WC质量分数低于25%时,随着WC含量增加,涂层的硬度和耐磨性增加;当粉芯中WC质量分数超过25%后,涂层的耐磨性有所下降;电弧喷涂含WC陶瓷相涂层的磨损机制主要为硬质相的脆性剥离和轻微的塑性切削,在磨粒磨损条件下硬度较低的金属基体先磨损,硬度较高的WC和Fe3B硬质相起到阻止石英砂磨损的作用,从而降低了涂层的磨损.     

等离子堆焊Stellite合金高温摩擦磨损特性研究

采用等离子堆焊技术在气门用钢基体上制备了Stellite 1和Stellite F合金堆焊层,对堆焊层的金相组织、物相组成和硬度等进行了研究,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上考察了不同温度条件对2种堆焊层摩擦磨损性能的影响,并分析了堆焊层的磨损机理.结果表明:高温条件下,随着温度的上升,2种合金堆焊层的摩擦系数增大,磨损体积减小;温度为400℃时,Stellite 1和Stellite F合金堆焊层分别产生了大量的疲劳裂纹和宽大的犁沟,磨损较为剧烈;温度为500和600℃时,2种合金堆焊层磨损机制相似,主要磨损机制分别为疲劳剥落和磨粒磨损;氧化膜的快速形成以及上试样硬度的下降减小了磨损,磨痕中心区域变窄,磨痕边缘的磨屑不断堆积并被碾压产生了严重的黏着磨损,导致摩擦系数增加.     

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.     

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.     

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能

基于机器人自动化高速电弧喷涂技术在45#钢基体上制备了铁基纳米结构涂层.研究了纳米结构涂层在不同磨损速度?不同载荷下的磨损行为,并利用3Cr13涂层进行对比试验.采用扫描电镜?能谱分析仪,透射电镜和X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析.结果表明:涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;平均尺寸为46nm的α(Fe,Cr)相纳米晶均匀分布于非晶基体内.涂层的组织均匀,结构致密,平均孔隙率含量为1.7%.纳米结构涂层具有较高的显微硬度;随着磨损速度升高,载荷增加,纳米结构涂层的磨损量也随之增加.纳米结构涂层具有良好的耐磨性,同一磨损条件下,其相对耐磨性为3Cr13涂层的2.6倍.纳米结构涂层主要磨损机制为脆性断裂机制.     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

稀土对Fe基合金激光熔覆层抗磨性能的影响

在Fe基合金粉末中引入La2O3,通过激光熔覆得到了同基材结合良好的熔覆层,用扫描电子显微镜观察了稀土含量对熔覆层组织形貌的影响,用显微硬度计测量了熔覆层的硬度分布,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同熔覆层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能.结果表明,引入稀土有利于促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,从而改善熔覆层的摩擦磨损性能.     

树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究

摩擦片的摩擦磨损性能严重影响盘式制动器的使用寿命和客车行驶的安全性.以灰铸铁HT250圆盘为对偶件,利用销盘式摩擦磨损试验机,在不同温度下对树脂基复合材料摩擦片的摩擦系数和磨损率进行研究,同时应用JSM-651010LA型扫描电子显微镜、HGP-7500型光电直读光谱仪和HXD-1000TMSC型显微硬度测试仪对摩擦磨损表面进行观察和测量,表征其摩擦表面的微观形貌和测定微观硬度,进而推断其磨损机理.结果表明:在不同温度下,平均摩擦系数和磨损率均随着温度的升高先增加后降低;随着温度升高,摩擦层的面积和其微观硬度的变化和平均摩擦系数、磨损率的变化规律基本相同;在高温摩擦磨损过程中,黏着磨损占主导作用,同时伴随着切削磨损.     

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.