钢基铝镀层陶瓷氧化膜的摩擦磨损特性研究

对Q235钢表面铝镀层进行不同时间的微弧氧化处理从而在铝镀层表面获得不同厚度的陶瓷氧化膜.采用硬度测试仪、摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜分别研究了氧化时间对陶瓷氧化膜厚度、表面硬度、摩擦磨损特性以及磨损试验后的磨痕形貌和微观结构的影响规律.结果表明:随微弧氧化时间的延长,铝镀层陶瓷氧化膜的厚度和硬度迅速增加,经微弧氧化处理30min后铝镀层的表面硬度较处理前增加了近7倍;在干摩擦条件下,铝镀层陶瓷氧化膜的磨痕宽度和磨损体积随微弧氧化时间的延长逐渐减小,而摩擦系数逐渐下降,表明耐磨性随微弧氧化时间的延长逐渐提高.铝镀层的磨损形式为表面压溃和锉削式磨粒磨损,处理时间为20min和30min的磨损形式为低应力擦伤性磨粒磨损,而处理10min的磨损形式介于上述二者之间.     

TC4合金干滑动磨损性能的研究

在MG-2000销盘式磨损试验机上考察了TC4/GCr15摩擦体系中,TC4合金的磨损行为.利用SEM、XRD对合金磨面、剖面形貌及结构进行观察与分析,利用HVS-1000显微硬度计测试磨面至心部的硬度,利用激光共聚焦显微镜测试和观察磨面的粗糙度及三维形貌.结果表明:TC4合金的磨面形成了摩擦层,其分为有氧化物摩擦层和无氧化物摩擦层,无氧化物摩擦层对磨面无保护作用,合金磨损率较高;有氧化物摩擦层对磨面具有保护作用.在600°C,摩擦层中含有大量摩擦氧化物,对磨面具有最佳的保护作用,合金磨损率最低,TC4合金具有优异的高温磨损性能.磨面粗糙度和摩擦层中的氧化物数量密切相关,在600°C,磨面被大量光滑氧化物所覆盖,磨面粗糙度最低,略高于磨损前的表面粗糙度.     

工作电压对N36锆合金表面微弧氧化涂层磨蚀性能的影响

通过微弧氧化(MAO)设备在锆(Zr)合金表面制备氧化陶瓷涂层. 研究工作电压对Zr合金表面MAO涂层形貌、硬度、粗糙度、元素分布和相结构的影响. 分析工作电压对Zr合金表面MAO涂层腐蚀和磨蚀性能的影响. 结果表明:MAO涂层表面具有典型的多孔和火山熔融特征,主要由m-ZrO₂和t-ZrO₂相组成. MAO涂层的粗糙度比基体高,且在电压为340 V时的粗糙度最高,达到1.36 μm. MAO涂层可分为内层致密层和外层多孔层,涂层厚度随着工作电压的增加而增加,厚度为5~9 μm. 电压为260 V的MAO涂层的结合强度最高,达到44.3 N. MAO涂层相比较于基体具有更好的耐腐蚀性能,电压为260 V的MAO涂层具有最高的自腐蚀电位(?0.205 V)和最低的腐蚀电流密度(6.24×10?9 A/cm2). 这是因为电压为260 V的MAO涂层具有最致密的结构,而内层致密层可以阻碍腐蚀液进入基体. MAO涂层的主要磨损机理为磨粒磨损和氧化磨损. 工作电压为260 V的MAO涂层的磨损率仅为Zr合金基体的1/4.      

摩擦层的形成对TC4合金磨损性能的影响

采用MG-2000型销盘式高温磨损试验机对TC4合金在环境温度为200、400和600℃,载荷为50~250 N时的磨损性能进行了研究.利用SEM、EDS、XRD以及XPS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:在不同的试验条件下,磨损表面均会形成一层不同于基材的摩擦层.摩擦层的成分及分布形态对TC4合金的磨损性能产生了重要的影响.在200和400℃时,摩擦层分布不均匀且不含或仅含少量的摩擦氧化物,这样的摩擦层对磨损表面不具有保护作用,TC4合金的磨损率随着温度的提高而提高.在600℃时,摩擦层分布均匀,且摩擦层含有较多的Ti O2和Ti O摩擦氧化物,TC4合金的磨损率大幅下降.因此,磨损过程中形成的均匀且含有大量摩擦氧化物的摩擦层极大地改善了TC4合金的磨损性能.     

油溶性有机钼添加剂作用下微弧氧化改性TC4钛合金的摩擦学性能

借助微弧氧化技术在TC4钛合金表面构筑了高硬度氧化物薄膜,利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及拉曼光谱等手段对膜层结构进行了分析,考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为聚α烯烃PAO6润滑添加剂对微弧氧化薄膜的摩擦学性能的影响. 结果表明:经过微弧氧化处理后得到的钛合金试样展现了优异的减摩抗磨性能,与未处理的TC4样品相比,在含质量分数为2% MoDTC的PAO6油润滑下,摩擦系数降低了87.4%,磨损率下降了3个数量级. 这主要是因为经微弧氧化处理后,TC4钛合金表面形成的TiO₂薄膜具有较高硬度与耐磨性,同时促进了MoDTC添加剂在边界润滑条件下的摩擦化学反应,在接触区表面生成含有MoS₂的润滑层.      

微弧氧化涂层的微动磨损行为研究

在弱碱性电解质液中,采用电弧放电于铝合金表面原位生长制备出厚度约10 μm的Al2O3陶瓷微弧氧化涂层,研究微弧氧化涂层及铝合金基体在干态不同位移幅值下的微动磨损行为及其动力学特性,采用激光共焦扫描显微镜和扫描电子显微镜观察磨痕微观形貌.结果表明:涂层改变了铝合金的微动运行区域,使得混合区和滑移区向小位移方向移动;涂层表面比较粗糙,与铝合金基体相比,在微动初期的摩擦系数较高,但在稳定阶段的摩擦系数有所降低;微弧氧化涂层可以显著降低铝合金的磨损,在部分滑移区损伤轻微,随着位移幅增加磨损加剧;在混合区和滑移区,涂层的损伤主要表现为剥层.     

金—稀土合金电刷丝的磨损机理研究

采用扫描电子显微镜、微区电子探针及 X射线光电子能谱等分析测试技术考察了金 -稀土合金电刷丝摩擦副的磨损机理 .结果表明 :该摩擦副的摩擦磨损机理为轻微粘着磨损 ;合金中稀土元素发生偏聚 ;在摩擦升温过程中 ,稀土元素向合金表面扩散富集 ,摩擦副接触表面氧化层不断生成和磨损 ,从而降低电刷丝的表面能 ,使摩擦副的接触表面粘着能降低 ,从而改善其摩擦磨损     

干摩擦条件下3Cr13 涂层的加速磨损机理研究

在MM200摩擦磨损试验机上对高速电弧喷涂3Cr13涂层在干摩擦条件下的加速磨损机理进行了研究.涂层在加速磨损过程中经历了跑合磨损、稳定磨损、剧烈磨损这三个不同的阶段.采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层磨损各阶段的截面形貌、残余应力、硬度和纳米力学性能进行了表征.结果表明:在加速磨损寿命3个阶段中,涂层的磨损机制和影响残余应力的主导因素是动态变化的,过分的冷作硬化加剧了涂层的失效,涂层磨损寿命长短关键在于稳定磨损时间的长短.     

TC4合金及其表面TiCp／Ni基合金激光熔覆层的摩擦磨损性能

利用УТИ TB-100型销-盘式摩擦磨损试验机研究了TC4合金及其表面TiCp／Ni基合金激光熔覆层在大气和真空(真空度10^-5Pa)环境中的干滑动摩擦磨损性能；采用透射电子显微镜分析了激光熔覆层的微观结构；用扫描电子显微镜观察TC4合金和TiCp／Ni基合金激光熔覆层磨损表面及其相应的偶件磨损表面形貌，进而对比分析了试验环境对材料摩擦磨损性能和磨损机理的影响．结果表明，材料在不同环境气氛压力下的摩擦磨损性能明显不同，TC4合金和TiCp／Ni基合金激光熔覆层在真空环境中的摩擦系数均高于在大气环境中的摩擦系数；TC4合金在真空环境中的质量磨损率低于在大气环境中的质量磨损率，TiCp／Ni基合金激光熔覆层在真空环境中的质量磨损率高于在大气环境中的质量磨损率．分析表明，TC4合金在大气环境中同硬质合金对摩时主要呈现氧化磨损特征，在真空环境中主要呈现粘着磨损特征；而TiCp／Ni基合金激光熔覆层在大气环境主要发生磨粒磨损，在真空环境中则发生磨粒磨损和粘着磨损．     

Ti-6Al-4V微弧氧化陶瓷膜的微观结构及摩擦磨损性能研究

在NaAlO2和Na3PO4混合电解液中,利用微弧氧化技术在Ti-6Al-4V表面制备了氧化物陶瓷膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及显微硬度仪分别对微弧氧化膜的微观结构、相组成及其断面硬度进行分析,并对氧化膜致密层的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:氧化膜表面呈现出多孔结构,氧化膜疏松层与致密层无明显界限,氧化膜与基底以犬牙交错形式结合;氧化膜主要由TiAl2O5和TiO2相组成,还含有少量AlPO4相和Al2O3相,氧化膜疏松层中TiAl2O5相的含量明显高于致密层;氧化膜内距Ti-6Al-4V基底约21 μm处的硬度存在最大值,两侧硬度降低;微弧氧化膜与Si3N4球对摩时具有较高的摩擦系数,磨损率比Ti-6Al-4V降低2个数量级,说明氧化膜致密层具有良好的耐磨性能,其磨损机制为微区脆性断裂.     

超微细磷酸锰转化涂层摩擦磨损性能研究

采用新型磷化处理工艺在20Cr钢表面制备了超微细磷酸锰转化涂层.浸油润滑条件下,采用MMW-1P型立式万能摩擦磨损试验机评价了转化涂层的摩擦学性能,并用SEM和EDX表征转化涂层表面及磨损表面的形貌和成分,用XRD分析转化涂层的相结构.结果表明,钢表面超微细磷酸锰转化涂层由Mn3(PO4)2·3H2O组成,同时存在少量Mn3(PO4)12·10H2O和(Fe,Mn)2(PO4)(OH);磷化晶粒的尺寸约为0.2～0.5μm;涂层表面孔隙的储油特性有利于改善其摩擦学性能;浸油润滑条件下,钢表面的超微细磷酸锰转化涂层具有明显的减摩与耐磨效果.     

TC4和TC11合金磨损性能的对比研究

采用MG-2000型高温磨损试验机对TC4和TC11合金在25和600℃进行磨损试验.利用SEM、EDS、XRD对两种钛合金的磨损表面及剖面的形貌、成分及结构进行对比观察与分析,利用HVS-1000型显微硬度计测试磨损表面至基材的硬度梯度分布.结果表明:TC4和TC11合金在25和600℃时磨损表面均形成了摩擦层.但在25℃时,摩擦层比较薄且分布不均匀,合金的磨损性能并未得到改善,因此两种钛合金的磨损率均随着载荷的增加而增加,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;600℃时,摩擦层厚度增加,分布均匀且含有较多高硬度的摩擦氧化物,因此两种钛合金的磨损率较25℃时均有大幅度的减小,且TC11合金的磨损率低于TC4合金,磨损机制为氧化轻微磨损.可以认为,TC4和TC11合金在25℃时均具有较差的抗磨损性能,而在600℃时均具有非常优异的抗磨损性能.     

海水环境下TC4钛合金腐蚀磨损性能的研究

本文研究了TC4钛合金和氧化铝陶瓷摩擦副在模拟海水下的腐蚀磨损行为.采用失重法测量磨损体积损失,利用阴极保护和电化学方法测量摩擦过程中腐蚀电流的方法来求得腐蚀磨损之间的交互作用.结果表明:在该试验条件下,TC4钛合金在海水中的腐蚀磨损量明显大于其在阴极保护条件下的磨损量,证明腐蚀与磨损有交互作用的发生.纯磨损量占总腐蚀磨损量的比例为65.9%～89.8%,在腐蚀磨损过程中磨损作用明显大于腐蚀作用.腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的比例ΔV/V为10.2%～34.1%,腐蚀磨损交互作用同样不可忽视.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

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.