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).     

宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展

随着国防、航空、热核等高新科技的迅速发展,对润滑材料的研发也提出了更高的要求:不仅要求材料在高温下具有优异的减摩耐磨性能,同时要求材料在室温到高温宽温域范围内均具有良好的摩擦磨损性能.因此研制从室温到高温宽温域内均具有良好摩擦学性能的涂/覆层材料意义重大.在综合国内外大量文献的基础上,对宽温域固体自润滑涂/覆层材料的结构设计和性能研究进行了综述,并提出了未来一段时间内宽温域固体自润滑涂/覆层材料的发展趋势.     

FM—510型粘结固体润滑涂层的摩擦性能

针对航空发动机减磨延寿要求，研制了ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体的润滑涂层。采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机和Ｆａｌｅｘ试验机考察了其摩擦性能。结果表明，ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固定润滑涂层的摩擦系数低，承载能力高，耐磨寿命长，可以采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机评价二硫化钼类涂层在高载荷低速度下的摩擦性能并可降低相应的测试成本。     

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.     

火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究

利用火焰喷涂技术在45#钢表面制备了炭纤维增强聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和力学性能,采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能,并对涂层及偶件磨损表面形貌进行观察分析,采用X射线光电子能谱仪分析了偶件磨损表面典型元素的化学状态,探讨了涂层在水环境中的抗磨机理.结果表明:用火焰喷涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中,聚苯硫醚粉末未发生明显降解与氧化;炭纤维含量影响复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度;在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能,这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘着转移明显减轻的缘故.     

织构化钛合金表面二硫化钨磷酸盐涂层的制备及其宽温域摩擦学性能

本文中以水为分散介质,二硫化钨为固体润滑剂,二氧化锆为增强相,磷酸二氢铝为黏结剂,采用喷涂工艺在织构化的钛合金表面制备环境友好型的磷酸盐涂层.考察涂层在室温～400℃范围内的摩擦磨损性能,并探究涂层与钛合金表面微织构的协同减摩抗磨机制及其对涂层磨损寿命的影响.结果表明：钛合金表面的二硫化钨磷酸盐涂层在宽温域条件下展现出良好的减摩抗磨性能.在400℃时,含有涂层的钛合金磨损率可降低至1.3×10^-4 mm³/(N·m),比钛合金基底的磨损率降低了45%.在钛合金表面构筑微织构,可进一步改善涂层的耐磨损性能,延长宽温域条件下的磨损寿命.在室温～400℃温度范围内,钛合金织构化表面涂层与TC4球对摩的摩擦系数均可低至0.30以下,磨损率可低至1.2×10^-5 mm³/(N·m)以下.同时提出了高温条件下涂层的润滑机理,以及表面微织构与固体润滑涂层间的“机械互锁”与“自补偿润滑”的减摩抗磨机制.     

油润滑下Cr2O3涂层的摩擦磨损性能研究

作者利用环-块试验机研究了氧化铬(Cr_2O_3)涂层在含添加剂的油润滑条件下的摩擦磨损性能,发现油酸乙二醇酯具有良好的减摩效果,但没有抗磨性;硫化异丁烯没有减摩抗磨作用;磷酸三丁酯没有减摩效果,但具有明显的抗磨作用。磨损表面的形貌和组成分析结果表明,磷酸三丁酯的抗磨性可归因于摩擦化学反应膜的形成,而硫化异丁烯没有抗磨性,这应归因于它(及其分解产物)与Cr_2O_3涂层之间不存在摩擦化学反应。     

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.     

MoS2-Zr复合涂层形貌、结构及摩擦磨损性能研究

采用中频磁控溅射和多弧离子镀相结合的工艺在硬质合金YT15刀片表面制备了MoS2-Zr复合涂层,考察了其形貌、结构和摩擦磨损性能,分析了复合涂层的减摩机理.结果表明,与纯MoS2涂层相比,MoS2-Zr复合涂层的硬度和与基体之间的结合力获得显著提高(纯MoS2涂层的硬度约为4.0 GPa,与基体之间的结合力约为49 N;MdS2-Zr复合涂层的硬度约为10.7 GPa,与基体之间的结合力约为55 N).与45#钢的对摩试验结果表明,MoS2-Zr复合涂层的摩擦系数和磨损率均小于纯MoS2涂层的摩擦系数和磨损率.MoS2-Zr复合涂层与对摩材料之间所形成的转移润滑膜是影响摩擦过程中的摩擦系数的关键因素之一.由于摩擦副间转移膜的存在,涂层和对摩材料的摩擦转变为涂层和转移膜之间的摩擦,从而降低了摩擦系数,提高了材料的耐磨损性能.     

激光镍包纳米Al2O3增强复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用大功率CO2激光器在45#钢基体上制备激光熔覆镍包纳米Al2O3复合涂层,采用金相显微镜观察涂层表面形貌,在销-盘式摩擦磨损试验机上评价复合涂层与45#碳钢配副的摩擦磨损性能.结果表明:经激光熔覆处理制备的镍包纳米Al2O3复合涂层的耐磨性能显著提高,磨损质量损失降低38%,摩擦系数降低40%;复合涂层中纳米Al2O3的配比对其耐磨性影响显著,高配比涂层具有较好的耐磨性,而摩擦系数与Al2O3配比的关系不大.     

超声马达梯度涂层摩擦材料研究

超声马达摩擦材料应同时具有良好的摩擦学特性和一定的接触变形要求,目前所用单一均质结构摩擦材料较难满足这一要求,需要研制新型摩擦材料.本文从摩擦学的减摩结构模型反推出一种增摩结构模型,针对超声马达对摩擦材料的要求,提出梯度涂层摩擦材料的设计思想,采用表面黏涂法研制了一种具有梯度结构的涂层摩擦材料.利用超声马达模拟试验装置考察了涂层厚度对超声马达性能的影响,初步验证了模型的正确性.在本文的试验条件下,当涂层材料表层厚度为1mm,底层厚度为0.7mm左右时,超声马达具有较好的性能.与其它种类的摩擦材料相比较,梯度涂层摩擦材料可以满足超声马达的使用要求,可望提升超声马达的性能,具有良好的发展前景.     

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.     

等离子喷涂铁—镍—钴—碳化钨涂层制动摩擦特性的研究

重载制动摩擦磨损特性制约着刹车装置的刹车性能及其使用寿命，在ＭＭ－１０００试验机上，对等离子涂Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ－ＷＣ涂层的重载制动摩擦特性进行了试验研究，结果表明，在相同的试验条件下，等离子喷涂涂层分别与石棉摩擦材料笠金属摩擦材料对摩时的摩擦系数均比与基体３５ＣｒＭｏ钢对摩时的高，制动时间短，劝 耐磨     

激光熔覆Zr—Al—Ni—Cu复合涂层组织及其摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在 Ti基体上制备了 Zr65Al7.5Ni1 0 Cu1 7.5合金涂层 ,涂层由金属间化合物、少量非晶和纳米晶构成 .分别向涂层中添加 C或 B及 Si等组元 ,使涂层硬度由原来的 10 41H K升高到 10 85 H K和 12 5 2 H K;同时在干摩擦条件下考察了其摩擦磨损行为 .结果表明 ,涂层的摩擦系数分别为 0 .14、0 .16和 0 .17,涂层磨损机制以磨粒磨损、剥层磨损和粘着磨损为主     

磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积Ti-Si-N薄膜摩擦磨损性能对比研究

分别利用磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积(PCVD)技术制备了Ti-Si-N薄膜，测定了2种Ti-Si-N薄膜的显微硬度，并采用球一盘式高温摩擦磨损试验机对比考察了其高温摩擦磨损性能．结果表明，当薄膜中Si含量(原子分数)约为10％时，2种薄膜的显微硬度达到最大值；2种Ti-Si-N薄膜的耐磨性能同其硬度之间不存在对应关系，其中采用PCVD方法制备的Ti-Si-N薄膜的高温抗磨性能较优；2种薄膜在高温下的摩擦系数均有所降低，这归因子高温下氧化膜的润滑作用。     

Ni／聚氨酯纳米复合涂层的制备及其摩擦学性能研究

用超声化学方法制备了纳米Ni微粒，并在此基础上制备了Ni／聚氨酯纳米复合涂层，用X射线衍射仪和透射电子显微镜表征了纳米Ni微粒的结构和形貌以及纳米复合涂层中Ni微粒的分布；用球—盘摩擦磨损试验机评价了Ni／聚氨酯纳米复合涂层的摩擦磨损性能．结果表明：纳米Ni微粒平均品粒尺寸为10nm；纳米Ni微粒均匀分布在Ni／聚氨酯纳米复合涂层中，其颗粒尺寸约为50nm；Ni／聚氨酯纳米复合涂层的摩擦学性能明显优于聚氨酯涂层．     

基于电泳法的石墨烯涂层制备与摩擦学性能研究

采用电泳沉积方法在硅基体上制备石墨烯涂层,研究了不同电压对石墨烯涂层表面形貌、微观结构与摩擦学性能的影响,并在往复式球盘摩擦磨损试验机上研究了石墨烯涂层在不同载荷(1~9 N)下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜、能谱仪、光学显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪分析石墨烯涂层的表面形貌、结构特征、磨损表面形貌及石墨烯结构成分的变化.结果表明:石墨烯涂层可将硅基体的表面摩擦系数从0.6降至0.1;在低压(15~60 V)条件下电泳制备的石墨烯涂层具有更加致密的微观结构,表面承载能力强,减摩性能优异.本研究中揭示了基于电泳法制备的石墨烯涂层作为固体润滑涂层应用的可行性.     

等离子沉积Ni-WSe2-BaF2·CaF2-Y-Ag-hBN涂层的抗Al熔滴粘蚀特性

本文作者制备了等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·CaF_2-Y-Ag-hBN高温固体自润滑涂层,研究了不同角度金属熔滴Al对该涂层试样表面的粘蚀能力以及在不同温度下的摩擦系数.研究表明:等离子沉积Ni-WSe_2-BaF_2·Ca F_2-Y-AghBN高温固体自润滑涂层在宽温域(30~800℃)的摩擦系数达到0.086~0.299.金属熔滴Al对涂层的粘蚀速度随沉积角度的增加而增加,90°时金属熔滴在涂层与基体表面沉积率最大,此时钢基体的平均沉积率达176.22 mg/(cm~2·s),含hBN的固体自润滑涂层的沉积率为58 mg/(cm~2·s).金属Ni粘蚀物抛磨剥落速率显示,hBN的存在有效降低了金属Al熔滴在涂层表面的粘蚀能力.     

类金刚石涂层在不同载荷和湿度下的摩擦特性

利用磁过滤阴极弧等离子体沉积装置在单晶硅基底上制备了类金刚石涂层，采用原子力显微镜和纳米压痕仪测定了其表面形貌及硬度，在DF－PM型动－静摩擦系数精密测定仪上考察了涂层在不同载荷及湿度下同GCr15钢对摩时的摩擦性能。结果表明，在不同环境湿度条件下DLC涂层的摩擦性能明显不同，这主要归因于转移膜形成机理的不同；在3N载荷下，DLC涂层同GCr15钢对摩时的摩擦系数相对较小，且较为稳定；当环境湿度增大至100％时，摩擦系数显著增大，并发生类似于含氢类金刚石涂层的灾难性磨损。