38CrMoAlA钢表面多弧离子镀CrN涂层的制备及其耐摩擦腐蚀性能研究

为提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐摩擦腐蚀性能,采用多弧离子镀技术在38CrMoAlA钢和渗氮38CrMoAlA钢基体上沉积CrN、Cr/CrN涂层,通过XRD、SEM等方法对涂层的微观结构进行表征,通过硬度和结合力测试、开路电位和极化性能测试、摩擦磨损试验,研究涂层的力学、电化学以及摩擦学性能。结果表明:CrN和Cr/CrN涂层开路电位较高,腐蚀电流密度小,涂层表面处于轻微钝化态,可提高酸性条件下38CrMoAlA钢的耐腐蚀性能;CrN和Cr/CrN涂层的摩擦因数和磨损率均小于38CrMoAlA钢基体,表明2种涂层均可提高38CrMoAlA钢基体的摩擦学性能;以渗氮38CrMoAlA钢为基体的Cr/CrN涂层的硬度虽略小于以38CrMoAlA钢为基体的CrN涂层,但其具有更高的膜基结合力和更优的耐摩擦腐蚀性能。     

基体偏压对磁控溅射制备CrAlN纳米多层薄膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在不同基体偏压(-60,-70,-80,-90 V)下制备了CrAlN纳米多层薄膜,研究了基体偏压对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着基体偏压绝对值增大,CrAlN纳米多层薄膜中的氮含量增加,物相组成不变,择优取向由CrN(111)晶面转变为CrN(200)晶面,薄膜表面孔隙减少,组织致密性得到改善;基体偏压为-60~-80 V时,偏压对薄膜沉积速率的影响较小,偏压绝对值大于80 V时,沉积速率明显下降;随着基体偏压绝对值增大,薄膜的硬度和弹性模量提高,膜基结合力先增大后减小,在偏压为-80 V时达到最大。     

H13钢氮化前后表面磁控溅射CrAlN薄膜的摩擦磨损性能

为了提高H13钢的表面耐磨性能,用直流磁控溅射法在氮化与未氮化的H13钢表面沉积CrAlN薄膜,并对处理前后的摩擦磨损性能进行了比较;用扫描电镜观察薄膜形貌,并测其厚度;测量了随炉硅片的薄膜显微硬度;用摩擦磨损试验机测试了在室温和600℃条件下薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：薄膜平均厚度为4．8μm,硬度为23．7GPa;室温条件下材料的表面摩擦因数为0．60～0．65,600℃条件下摩擦因数为0．61～0．96;CrAlN／氮化H13钢和CrAlN／H13钢在室温摩擦时的耐磨性分别是H13钢的1．9倍和1．7倍,在600℃条件下耐磨性分别是H13钢的1．25倍和7倍。     

H13钢离子氮化前后表面沉积CrAlN薄膜的耐氯离子腐蚀性能

在离子氮化前后的H13钢表面沉积了CrAlN薄膜,研究了其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性,并用场发射扫描电镜观察了薄膜腐蚀前后的表面形貌。结果表明:H13钢基体表面沉积CrAlN薄膜后的耐腐蚀性能显著提高;经离子氮化和表面沉积CrAlN薄膜复合处理后,耐腐蚀性进一步提高,试验后表面没有出现明显的腐蚀坑及膜层脱落。     

沉积气压对氮化钒(VN)涂层微结构及其性能的影响*

为研究沉积气压对VN涂层力学性能和摩擦性能的影响,采用离子镀制备VN涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备检测VN涂层的物相结构、表面形貌,采用划痕仪测试基体与涂层的膜基结合力,采用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦因数。结果表明:随着沉积氮气气压的升高,VN衍射峰强度逐渐增强,具有(200)晶面择优取向,表面平整度高;随着沉积氮气气压变化,涂层显微硬度和膜基结合力呈抛物线变化趋势,在氮气气压为1.0 Pa时,涂层硬度最高为HV2284,结合力最大为45 N,并具有稳定的摩擦因数,平均摩擦因数为0.85。通过调控沉积气压,多弧离子镀技术可以制备出性能更优越的VN涂层。     

氮化硅陶瓷表面DLC膜的制备及摩擦性能研究

利用等离子体基离子注入与沉积技术,在氮化硅陶瓷片表面制备200～400nm的类金刚石碳膜。测试薄膜的厚度、表面形貌、结构、膜基结合力,利用球盘试验机考察DLC膜的摩擦性能。结果表明:沉积薄膜均匀光滑;薄膜的硬度和弹性模量与基体差异较小,膜基结合力强;DLC膜具有较低的摩擦因数,抗磨性能优异。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

电参数对CrN薄膜在去离子水环境下摩擦磨损性能的影响

采用多弧离子镀方法，在不同偏压和靶电流下在GH05合金试样表面制备系列CrN薄膜，利用扫描电子电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能材料表面试验仪对薄膜的微观组织结构和力学性能进行测试分析。利用盐雾磨损试验机的球-盘摩擦方式研究各CrN薄膜在去离子水环境下与Si3N4球对磨的摩擦学性能。结果表明：随着偏压增大，CrN薄膜表面微颗粒大小逐渐减小，硬度增大，结合力先增大后减小，随着靶电流增大，CrN薄膜表面凹坑逐渐减小，硬度减小，结合力先增大后减小；随着偏压增大，CrN薄膜的平均摩擦因数先增大后减小，磨损体积先减小后增大，随着靶电流增大，CrN薄膜的平均摩擦因数先减小后增大，磨损体积先减小后增大，当偏压为-80 V，靶电流为100 A时制备的CrN薄膜在去离子水环境下具有最佳的摩擦学性能；CrN薄膜在去离子水环境下的磨痕形貌主要呈现磨粒磨损的沟槽形貌，同时表现出抛光效果。     

CrN活塞环涂层的摩擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30μm的CrN涂层。采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂，在SRV试验机上，对比了具有／没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能。试验结果表明，CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低，同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低，对磨缸套的磨损量减少了80％以上。SEM分析结果表明，由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度，可以降低磨粒磨损，且能使对磨的缸套试样较快地与之适配，从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展，是摩擦因数和磨损量降低的主要原因。     

基体负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响

采用真空多弧离子镀技术,使用Cr30Al70(原子分数)复合靶,在不同的基体负偏压下,在不锈钢基体上制备了一系列CrAlN涂层;采用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和划痕仪等系统分析了涂层的成分、表面形貌、相结构、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能和界面结合性能。结果表明:随着负偏压的增大,涂层中x(Cr)/x(Cr+Al)的比值先增大后减小,当负偏压为150V时,该值达到最大,并与靶材成分接近;基体负偏压为200V时,涂层的表面粗糙度最大,涂层结晶度、硬度最佳,晶体相为固溶铬的面心立方AlN;涂层的摩擦磨损性能不仅与涂层的表面粗糙度相关,还与涂层非晶相中铝元素的含量以及涂层的内应力大小密切相关;界面过渡层制备工艺相同时,基体偏压对涂层和基体之间的界面结合性能影响较小。     

Characteristic evaluation of friction and wear in the C-N and TiN coated gear

C-N films were deposited on the 20CrMo alloy steel substrate by the Plasma Source Ion Implantation (PSII) method and TiN films were coated on the same material by the Physical Vapor Deposition (PVD) method. It was found that friction coefficient of C-N coating were relatively lower than TiN coating. And with the load increased, the friction coefficients of C-N coating and TiN coating were both decreased. Then the author puts forward the test rig, working under the conditions of 1,800 rpm, 20 N·m for 100 h. The observations by microscope showed the wear reduced. The antiwearing performance enhanced prominently. But the TiN coated gear had a more serious friction phenomenon than C-N coated gear. This is caused by that coating of TiN, which was made at a high temperature about 500°C. The high temperature led to the substrate intenerated and the surface hardness had decreased from 850 HV to 630 HV. PSII method eliminates the tempering problem of the coating of C-N films, which had better wear resistance than TiN films. The friction and wear resistance of gears which coated by C-N films ameliorated significantly.     

Mechanical and tribological properties of vapour deposited low friction coatings on Ni plated substrates

Soft steel and aluminium substrates with load-carrying layers of electroplated nickel were coated with commercially available low friction vapour deposited coatings. The mechanical and tribological properties of the coating and substrate composites were evaluated with special emphasis on the influence of the nickel layer. Two different thicknesses of the intermediate load-carrying nickel layer were tested. The samples were evaluated regarding friction and sliding wear, abrasive wear, hardness and elastic modulus, morphology and coating thickness and adhesion between substrate and coating. It was found that all the evaluated low friction coatings were possible to be successfully deposited on the intermediate nickel layer. A relatively thick intermediate nickel layer is a promising candidate for improvement of the load-carrying capacity.     

TD法VC涂层与陶瓷和钢对摩时摩擦磨损性能对比研究

采用TD法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备VC涂层,在摩擦磨损试验机上考察VC涂层与钢球、钢柱和陶瓷球配副时的摩擦磨损性能,利用扫描电镜、粗糙度测量仪和X射线衍射仪(XRD)分析涂层磨损前后表面及界面的形貌、表面粗糙度和物相组成.结果表明,与不同摩擦副配副时,VC涂层摩擦因数随着磨损时间增加先增大后趋于平稳,磨损率随着磨损时间增加而减小,其中与钢柱配副时摩擦因数最小,磨损率最低.与不同摩擦副配副时,VC涂层磨损机制与失效形式不同,与钢球配副时VC涂层磨损机制为磨粒磨损,失效形式为划痕和剥落坑;与钢柱配副时VC涂层磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损,失效形式为犁沟和片层状剥落;与陶瓷球配副时VC涂层磨损机制为氧化磨损,失效形式为脆性断裂.     

Improvement of the Oxidation and Wear Resistance of Pure Ti by Laser-Cladding Ti<Subscript>3</Subscript>Al Coating at Elevated Temperature

Ti₃Al coating was in situ synthesized successfully on pure Ti substrate by laser-cladding technology using aluminum powder as the precursor. The composition and microstructure of the prepared coating were analyzed by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction technique. Thermal gravimetric analysis was used to evaluate the high-temperature oxidation resistance of the Ti₃Al coating. The friction and wear behavior was tested through sliding against Si₃N₄ ball at elevated temperature of 20, 100, 300, and 500°C. The morphologies of the worn surfaces and wear debris were also analyzed by SEM and three-dimensional non-contact surface mapping. The results show that the Ti₃Al coating with high microhardness, high-temperature oxidation resistance, and high temperature wear resistance. The pure Ti substrate is dominated by severe adhesion wear, abrasive wear, fracture, and severe plastic deformation at lower temperature, and severe adhesion wear, abrasive wear, plastic deformation, oxidation, and nitriding wear at higher temperature, whereas the Ti₃Al coating experiences only moderate abrasive and adhesive wear when sliding against the Si₃N₄ ceramic ball counterpart. In addition, the wear debris of the laser-cladding Ti₃Al coating sliding and Si₃N₄ friction pairs are much smaller than that of pure Ti substrate and Si₃N₄ friction pairs at elevated temperature.     

MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜的制备及其环境摩擦学特性

用直流磁控溅射在钢基体上交替溅射制备了MoSx/MoSx-Mo纳米多层膜。采用划痕仪测试薄膜与基体的结合力;采用SEM和XRD分析了纳米多层膜的形貌和显微结构;在球-盘式微摩擦试验机上测试了纳米多层膜在真空和潮湿空气中的摩擦学性能。结果表明,纳米多层膜的结合力优于纯MoS2膜。随着溅射沉积气压的升高,MoSx(002)面择优取向减弱,纳米多层膜的结合力下降。溅射气压0.24 Pa沉积的纳米多层膜在真空和潮湿空气中都呈现出最低的摩擦因数和磨损率,具有优异的环境摩擦磨损特性。     

高频感应熔覆NiTiFe合金涂层摩擦学性能研究

为增强金属材料表面的耐磨性能,采用高频感应熔覆技术,在HT300基底表面制备出NiTiFe合金涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和X射线衍射仪(XRD)对NiTiFe合金涂层的微观组织、元素组成、硬度、相组成和与基底的结合情况进行表征与分析;通过摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学性能进行测试,对其摩擦磨损机制进行分析。结果表明：涂层组织致密,无裂缝和空隙,成型质量良好,平均厚度达到0.7 mm,与HT300基底实现了冶金结合;涂层中主要包含Fe2Ti、Fe6.94Ti0.36和Ni3Fe三种相,Fe元素的加入使涂层的晶格发生畸变,硬度提高,平均硬度达到997.36HV,约为HT300基底平均硬度值的5倍。通过摩擦磨损试验发现,试验前期,NiTiFe合金涂层与对摩副之间的摩擦因数较低,维持在0.2左右,对摩副的失效导致摩擦副之间的接触形式发生改变,摩擦因数产生阶跃;随着载荷的增加,涂层上呈现的磨痕宽度在不断增加,对摩副由于磨损造成的材料去除后暴露出的面积也在不断增大。摩擦磨损试验后,NiTiFe合金涂层摩擦表面光滑平整,仅出现了轻微的磨粒磨损,磨损体积远小于对摩副...     

不同介质下CrN_X薄膜的摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术在45#钢衬底表面沉积了CrNX薄膜.用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了在不同介质条件下(干摩擦、水润滑、油润滑)CrNX薄膜的摩擦学性能,用表面轮廓仪测试了磨痕处的磨痕轮廓,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕形貌.结果表明,相对于干摩擦,水润滑和油润滑条件下,CrNX薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有明显降低的趋势.干摩擦条件下薄膜主要表现为磨粒磨损;水润滑条件下,主要表现为腐蚀磨损;油润滑条件下由于油膜在两摩擦表面的吸附,薄膜几乎无磨损.     

靶功率对射频磁控溅射制备MoS_2-Sb_2O_3复合薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备MoS2-Sb2O3复合薄膜,研究靶功率对薄膜性能和结构的影响。利用XRD、XRF分析薄膜的成分和结构,用CSM薄膜综合性能仪测试薄膜的硬度及附着力,通过承载力试验测试薄膜的承载性能,使用真空球-盘摩擦试验机测试真空和大气下薄膜的摩擦因数及耐磨寿命。结果表明:使用射频磁控溅射制备的MoS2-Sb2O3复合薄膜具有准非晶结构,其薄膜结构和成分受沉积时的靶功率影响;MoS2-Sb2O3复合薄膜在真空下具有比大气下更稳定的摩擦学性能,更长的耐磨寿命;提高溅射原子能量能有效地提高MoS2-Sb2O3复合薄膜的承载性能,减少薄膜的内应力,提高薄膜的附着力,提高薄膜的耐磨寿命。