不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图. 研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大. 涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区. 接触应力越大,涂层磨损寿命越短. 基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.      

磨盘材料和温度对TC11合金磨损行为的影响

对TC11合金与两种不同硬度的GCr15和W6Mo5Cr4V2在25、400和600℃对摩时的磨损行为进行了研究.利用SEM、EDS以及XRD等对试样磨面和剖面的形貌、成分及结构进行了观察与分析.结果表明:TC11合金与三种不同硬度的磨盘对摩后,在25℃,磨损率均随载荷的增加而增加,且磨损率较高,磨损表面呈现黏着和犁沟特征,磨损机理为黏着磨损与磨粒磨损;在400℃,合金与低硬度GCr15对摩时,磨损表面被黑色光滑氧化物所覆盖,磨损机理为氧化轻微磨损;与高硬度GCr15对摩时,在50和150 N,磨损表面呈现黑色光滑氧化物和犁沟特征,磨损机理为氧化轻微磨损和磨粒磨损;在250 N,磨损机理为黏着磨损与磨粒磨损;与W6Mo5Cr4V2对摩时,磨损表面呈现犁沟特征,磨损机理为磨粒磨损;在600℃,TC11合金的磨损率均较低,且与两种不同硬度GCr15对摩后的磨损率均低于与W6Mo5Cr4V2对摩的磨损率,磨损机理均为氧化轻微磨损.在25和600℃,磨盘材料对合金的磨损率具有不同的影响,但不影响合金的磨损机理;在400℃,磨盘材料既影响磨损率也影响磨损机理.     

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.     

H13钢氧化磨损行为的研究

采用销盘式磨损试验机,对H13钢在室温、200和400℃和不同载荷条件下进行干滑动磨损试验,研究了钢的磨损行为及磨损机制.结果表明：在室温至400℃之间,200℃时钢的磨损率最低,其次为室温下的磨损率,400℃时磨损率最高.室温下钢的磨损率随载荷的提高而增加,磨损表面氧化物较少,其磨损机制主要为黏着磨损;200℃时的磨损行为极为特殊,随载荷从50增至100 N时,磨损表面出现较厚的氧化物层,故磨损率降低,载荷从100增至200 N时磨损率略提高,且显著低于室温和400℃时的磨损率,呈轻微氧化磨损特征.当环境温度达到400℃时,虽然磨损表面发生了明显的氧化,但随载荷的提高,导致基体塑性变形和热软化,导致磨损表面氧化物层剥落量增大,磨损率提高;当载荷超过150 N后材料的磨损机制由轻微氧化磨损转变为氧化磨损和塑性挤出磨损,磨损率迅速提高,为严重磨损.     

n-ZrO2/Ni复合电刷镀层的微动磨损行为

利用电刷镀技术制备n-ZrO2/Ni复合镀层,研究复合镀层与GCr15配副从室温到500 ℃的微动磨损行为,探讨了复合镀层的微动磨损机理.结果表明:随着试验温度升高,由于磨损表面发生摩擦氧化反应,形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,使得其摩擦系数逐渐降低,当试验温度为500 ℃时,氧化物保护层大面积脱落导致摩擦系数上升;复合电刷镀层的显微硬度随温度升高而显著下降,导致其抗磨损性能降低;复合电刷镀层在室温下的微动磨损失效机理主要以剥层磨损为主,在200 ℃以上主要为剥层磨损,并伴有一定程度的粘着磨损.     

Cr12MoV钢表面磁控溅射Ti/TiN涂层的摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射方法在Cr12MoV钢表面制备了厚度约为3 μm的Ti/TiN涂层,测定了涂层的显微硬度,并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层同基体的结合强度及其摩擦磨损性能.结果表明:Ti/TiN涂层能够显著提高Cr12MoV钢的表面硬度和承载能力;涂层同Cr12MoV钢基体的结合强度较高,划痕临界载荷高于60 N;与此同时,磁控溅射Ti/TiN涂层可以显著改善Cr12MoV钢的耐磨性能.这是由于磁控溅射Ti/TiN涂层硬度高且与Cr12MoV钢基体的结合强度较高所致.     

等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2涂层在干摩擦条件下的磨损机制转变图

研究了等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层/WC硬质合金在干摩擦条件下,载荷为10～100 N和速度为0.1～0.5 m/s范围内涂层的磨损行为,并通过对涂层磨损表面的显微分析,建立了这种涂层的磨损机制转变图.结果表明:等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层在低载荷低滑动速度条件下,即涂层的磨损率在0.1～1.0 mg/m条件下,磨损机制主要是塑性变形和显微犁削;在中速中载下,即涂层的磨损率在1.0～3.0 mg/m条件下,磨损机制主要是涂层的轻微断裂和颗粒剥落;在高速高载下,即涂层的磨损率在大于3.0 mg/m的条件下,磨损机制主要是涂层的断裂和剥层.     

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.     

M2钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层的高温滑动磨损特性

研究了Ｍ２高速钢基体离子氮化和离子镀ＴｉＮ复合涂层在５００￣７００℃下的高温滑动磨损特性,利用ＸＲＤ分析了涂层的相结构,用划痕法测定了涂层的结合力,并用ＳＥＭ观察分析了涂层磨损表现形貌和磨损机离子氮化与离子镀ＴｉＮ复合涂层的结合力和硬度均高于ＴｉＮ涂层,其高温耐磨性优于ＴｉＮ涂层磨损随温度升高,各涂层的磨损率和摩擦系数均,离子氮化过渡层对ＴｉＮ涂层起到有力的支撑作用,涂层的主要磨损机制为粘着磨损、     

规则多孔铜基自润滑材料的干摩擦磨损性能

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载荷下的摩擦磨损机理.结果表明:新型自润滑材料的整体摩擦磨损性能优于同等铅含量的铸造铜铅合金;新型自润滑材料在载荷大于200 N时,摩擦系数小于0.08,磨损率仅为铸造铜铅合金的1/10～1/5;增大铅含量,能够进一步降低摩擦系数;随着试验载荷的增加,磨损机制从磨粒磨损转变为塑性变形和粘附作用.     

Ni—P—纳米碳管化学复合镀层的摩擦磨损特性

用化学镀方法制备了 Ni- P-纳米碳管复合镀层 ,研究了热处理对复合镀层微观结构及摩擦学性能的影响 .结果表明 :Ni- P-纳米碳管复合镀层比 Ni- P- Si C和 Ni- P-石墨镀层具有更好的摩擦磨损性能 ;在 6 73K条件下热处理 2 h后 ,复合镀层的耐磨性能显著改善 ;除 Ni- P-纳米碳管复合镀层的摩擦系数基本不变以外 ,其余复合镀层的摩擦系数均降低 .     

切削刀具多层涂层的力学特性和耐磨性

利用纳米硬度计研究了硬质合金基体上ＣＶＤ沉积ＴｉＮ,ＴＩＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ、ＴｉＮ／ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ和ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ等４种涂层的硬度和断裂韧性。讨论了载荷与压入深度关系曲线上的台阶和载荷与压入深度平方关系曲线上的直线段与涂层的断裂失效的界面失效的关系,指出可用临界载荷ｐｔ和ｐｉ来分别描述涂层的断裂     

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.     

多孔性镍基石墨复合电镀层的摩擦学特性研究

作者在对石墨粒子以表面活性剂进行润湿处理后,利用电镀的方法制取了多孔性Ni-石墨复合镀层。该镀层的孔隙率高且分布均匀,容易被油润湿,故其润滑性能良好。本文比较详细地研究了这种镀层的摩擦学特性,并以电感耦合等离子体发射光谱法研究了电解液中石墨粒子的吸附特性,且以X-射线透反射法证明了石墨粒子在镀层中具有择优取向性,同时讨论了镀层的表面及断面形貌。文章还对镀层的形成过程进行了理论分析与探讨。     

电沉积Ni-La2O3纳米复合镀层的摩擦磨损性能

用复合电沉积方法制备了Ni-La2O3纳米复合镀层,研究了La2O3纳米颗粒含量对纳米复合镀层摩擦磨损性能的影响,并用扫描电子显微镜分析了其磨损机理.结果表明,在干摩擦条件下,随着La2O3纳米颗粒含量的增加,纳米复合镀层的摩擦系数降低,耐磨性能提高;La2O3质量分数为3.1%的纳米复合镀层的摩擦系数最低,耐磨性能最佳;纯Ni镀层呈现严重的粘着磨损特征,而纳米复合镀层主要呈现轻微磨粒磨损特征.     

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.     

硫化烯烃在镍基电刷镀层表面的作用机理

利用球－盘式摩擦磨损试验机，研究了润滑油极压抗磨添加剂硫化烯烃在Ｎｉ－Ｐ电刷镀层和Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ电刷镀层表面的作用效果，并且利用Ｘ射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪分析了各摩擦表面边界润滑膜的成分和结构，进而分析讨论了添加剂硫化烯烃在这２种镀层摩擦表面的作用机理．结果表明，在基础油液体石蜡中添加适量的硫化烯烃润滑时，Ｎｉ－Ｐ镀层的承载能力显著提高，Ｎｉ－Ｐ镀层和Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ镀层的磨损率都明显降低．硫化烯烃在镀层摩擦表面反应生成的ＮｉＳ膜具有良好的极压、抗磨和一定的减摩作用     

聚四氟蜡粘结复合涂层的摩擦磨损性能研究

在45#钢块表面采用喷涂方法制备了聚四氟蜡粘结复合涂层和聚四氟乙烯粘结复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析聚四氟蜡粘结复合涂层在不同固化温度下的结构变化,在国产MHK-500型摩擦磨损试验机上考察固化温度、载荷及速度对2种复合涂层摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察复合涂层磨损表面及其偶件环磨损表面的形貌.结果表明:固化温度对聚四氟乙烯粘结复合涂层耐磨寿命的影响不大,而对聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命影响很大;在120 ℃固化时聚四氟蜡粘结复合涂层的耐磨寿命比在常温固化时提高1倍;速度与载荷对聚四氟蜡粘结复合涂层摩擦磨损性能的影响较大,在低载荷、高速试验条件下,复合涂层具有良好的减摩耐磨性能.     

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.