内燃机活塞环陶瓷涂层研制

活塞环是汽车发动机的关键零件.为适应汽车发动机发展的需要, 必须解决活塞环摩擦、磨损方面的问题.从活塞环苛刻的工况出发,研究了适合活塞环表面强化工艺,分析了等离子喷涂工艺表面处理技术特点,探讨了喷涂陶瓷涂层活塞环的摩擦磨损机理,试验结果表明,喷涂陶瓷涂层活塞环失效的主要原因是脆性剥落和疲劳磨损.     

含银硬质涂层高温摩擦学性能的研究进展

贵金属银具有优异的固体润滑性能,常被用于关键机械零部件表面硬质防护涂层的摩擦学改性。近年来,航空、航天等技术的发展进一步促进了含银硬质涂层在高温工况下的大量应用。贵金属银在含银硬质涂层中主要以银单质和银的二元金属氧化物AgTMxOy等形式发挥作用。阐述了银单质和AgTMxOy在硬质涂层中的高温自润滑机理,分析了银类润滑材料和其他固体润滑剂之间的协同作用,归纳了金属银在硬质涂层中的几点优异特性,即较快的扩散速率、较好的热化学稳定性和较弱的Ag—O键等;展望了含银硬质涂层的未来研究方向。     

氧化时间对微弧氧化膜电接触微动磨损行为的影响

目的研究不同氧化时间的铝合金表面微弧氧化涂层在电接触条件下的微动磨损行为,并探讨其磨损机理。方法通过控制氧化时间(10、20、30、40、50、60、70 min),在铝合金表面制备不同表面状态的微弧氧化涂层,并利用四线接触法研究其在电接触条件下接触电阻的变化,通过分析摩擦系数、F-D曲线、磨损形貌、三维轮廓及磨痕化学成分来揭示其微动磨损机理。结果电接触微动磨损下,氧化不同时间形成的微弧氧化涂层在相同电接触微动磨损条件下的耐磨性存在明显差异,进而影响其电接触行为。氧化10 min时,涂层磨损最严重,磨损区域的涂层迅速失效,从而导致铝合金基体外露,接触电阻骤降至零;氧化50 min时,涂层厚度最大,具有良好的耐磨性,缓减了接触电阻的衰减,接触电阻曲线在衰减过程中受到磨斑表面裂纹的影响而产生波动。结论氧化时间会影响微弧氧化膜表面形貌、粗糙度以及厚度,对其在电接触条件下的微动磨损行为影响较大。     

Ti40/NiCrAl阻燃涂层抗氧化性能研究

采用等离子喷涂工艺在Ti40基体表面制备厚0.2~0.4mm的阻燃涂层,并利用光学和扫描电子显微镜对钛合金基体和阻燃涂层的显微结构、截面形貌进行表征,开展了钛合金和阻燃涂层在600℃下的抗氧化性能试验研究。结果表明:涂覆阻燃涂层的钛合金试样在600℃静态空气中连续氧化100h后,其氧化增重减少76%以上,氧化速率降低92%,抗高温氧化性能提高12倍;同时,SEM观察结果显示高温氧化后阻燃涂层仍保持完好,说明该涂层与试样的结合性能以及涂层的抗氧化性能较好,适应于航空发动机防钛火阻燃涂层。     

热障涂层的制备及其失效的研究现状

热障涂层作为航空发动机和燃气轮机高温部件的保护涂层,其抗高温失效能力直接决定了部件的工作效率和寿命.回顾热障涂层的发展历史及研究现状,着重介绍了热障涂层的主要制备方法及其相应涂层的结构特征,综述了各类热障涂层失效的影响因素和失效机理.     

Cr涂层对Zr-1Nb合金包壳微动磨损行为的影响

反应堆冷却剂流体振动导致的微动磨损已成为压水堆燃料包壳失效的重要原因。Cr涂层锆合金因抗高温蒸汽氧化能力强、耐腐蚀性能优异,成为最具发展前景的事故容错燃料包壳候选材料之一。然而,目前仍缺乏Cr涂层锆合金包壳微动磨损行为及机理的相关研究。本文采用三维白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征技术对比研究Cr涂层Zr-1Nb合金包壳和Zr-1Nb合金包壳与格架在模拟压水堆一回路水环境下的微动磨损行为及损伤机制。结果表明,Cr涂层显著提高Zr-1Nb合金包壳的抗微动磨损性能。此外,对磨副为刚凸时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制以磨粒磨损和剥层磨损为主,而Cr涂层Zr-1Nb合金包壳由于表面硬度较高,且表面形成具有保护作用的三体层,其损伤机制以黏着磨损和材料单向转移为主。对磨副为弹簧时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制主要为剥层和黏着磨损,Cr涂层Zr-1Nb合金包壳主要为磨粒磨损。     

磁控溅射（AlCrNbTiVCe）N涂层的高温摩擦学机理

高熵合金涂层作为航空发动机轴承防护涂层有重大的潜在应用价值,鉴于其服役环境日益严苛复杂,进一步提高涂层的高温摩擦学性能是十分必要的。通过非平衡射频磁控溅射技术制备含Ce元素的（AlCrNbTiVCe）N涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）表征涂层磨损后的微观形貌、物相和价态,用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能,探讨Ce对涂层微观结构、高温稳定性和摩擦磨损的影响与机制。结果表明,（AlCrNbTiVCe）N涂层主要由多元金属氮化物和单质Ce相组成。引入Ce元素改善了涂层组织结构,提高了高温抗软化能力,有助于涂层摩擦磨损性能的改善。与不含Ce的涂层相比,500℃下（AlCrNbTiVCe）N涂层的摩擦因数和磨损率分别下降27.5%和45.6%,其氧化磨损占主要磨损机制。该涂层高温摩擦学性能的提升主要是由于高温摩擦过程中涂层表面生成了氧化铈,增强了高温稳定性;氧化铈具有润滑特性,起到了减磨耐磨作用。在磁控溅射制备高熵涂层中,引入稀土元素,可为提高涂层高温摩擦学性能的提供借鉴。     

MoSi2涂层高温抗氧化性能研究进展

综述了MoSi2作为C/C复合材料和难熔金属的高温抗氧化涂层的氧化性能的研究进展,比较研究了MoSi2高温抗氧化涂层的制备工艺,提出了MoSi2涂层技术的未来发展方向,即研发高温长寿命高可靠性抗氧化涂层、超高温抗氧化涂层,以满足航空发动机及航天飞机在恶劣工况条件下的使用要求.     

简单/改性铝化物涂层的研究现状

航空发动机各部件高温结构材料在苛刻环境下服役时,会遭受严重的高温氧化和热腐蚀.在合金表面施加铝化物涂层后,高温下表面能够生成一层致密且生长缓慢的Al2O3氧化膜,从而隔绝腐蚀介质,以防止合金被快速氧化腐蚀.概述了铝化物涂层的优点,包括制备简单、成本低廉.重点综述了以Ni、Fe、Ti/TiAl为合金基体的铝化物涂层微观结构.涂层的微观结构主要由渗铝工艺、基材成分及后处理工艺等因素决定,渗铝工艺包括渗剂成分、渗铝温度和渗铝时间.在高温下渗铝,Al的活度较低,涂层主要以基体元素向外扩散形成外扩散型涂层为主;在低温下渗铝,Al的活度较高,涂层主要以Al向内扩散形成内扩散型涂层为主.还归纳了不同渗铝涂层在干燥空气和水蒸气环境中的高温氧化行为,阐述了水蒸气对铝化物涂层高温氧化行为的影响,比较了Ni-Al系和Fe-Al系涂层的抗高温氧化性能.同时介绍了Cr-Al、Si-Al和Pt-Al 3种改性铝化物涂层的研究进展,包括制备方法、微观结构及抗高温氧化和腐蚀性能.最后,展望并总结了高温防护涂层的发展趋势.     

Ti-6Al-4V合金热氧化涂层的高温磨损行为研究

通过热氧化/真空扩散处理在Ti-6Al-4V合金表面制备氧化涂层,采用高温磨损试验机对涂层在400 ℃空气中进行干滑动摩擦磨损试验,研究了涂层的高温磨损行为和机制。结果表明：Ti-6Al-4V合金经氧化/扩散后表面形成氧化物涂层,厚度达250 μm。相比于未处理的材料,氧化物涂层的磨损失重非常小,高温耐磨性显著提高。磨损表面均形成摩擦氧化物层,涂层的高耐磨性可归功于硬化的陶瓷涂层与具保护作用的摩擦层的共同作用。主要磨损机制为剥层磨损。     

高功率脉冲磁控溅射制备金属氮化物涂层EI北大核心CSCD

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为目前研究热门的物理气相沉积方法之一,已经在刀具材料、不锈钢、聚合物、复合材料等基体上实现硬质涂层、生物涂层、耐腐蚀涂层、耐高温氧化涂层、绝缘涂层等多种类型涂层制备。通过高功率脉冲磁控溅射与复合方法及后续热处理等工艺方法复合,调节高功率脉冲磁控溅射的脉冲频率、峰值功率、占空比、多脉冲和双极性实现对靶材离化率、等离子体空间分布、涂层沉积速率、相结构、微观结构、元素成分、内应力等等离子体参数和涂层物相结构的调整,以提高基体材料的硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化及生物相容性等综合使役性能。特别是在应用于金属氮化物涂层的制备及性能研究方面,具有巨大的工程应用价值。结合目前硬质涂层材料的应用现状,探讨高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势,介绍20多年来高功率脉冲磁控溅射技术在制备单元单层、多元多层、纳米多层与多元复合、高熵合金及含Si、O、C等金属氮化物硬质涂层工艺及性能等方面应用的研究进展。     

V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析...     

Modified TiAlN coatings prepared by d.c. pulsed magnetron sputtering

Coatings like TiN or TiAlN are well established as hard and wear resistant tool coatings. These coatings often are prepared by PVD techniques like arc evaporation or d.c. magnetron sputtering. Typical micro hardness values of such hard coatings are in the range of 30 GPa. Compared to d.c. magnetron sputtering processes the pulsed magnetron sputter deposition technique could be shown as a clear advancement. Furthermore pure TiAlN hard coatings as well as TiAlN coatings modified by addition of elements like Si and Cr were prepared in order to improve the coating properties using the pulsed magnetron sputter technique in a batch coater equipped with 4 targets. Coatings prepared with the pulsed sputter process showed both high hardness and high wear resistance. The application potential of pulsed sputtered TiAlN coatings is demonstrated by turning test results of coated cemented carbide cutting inserts.Beside hardness and wear, other properties like adhesion or high temperature stability were determined. Cross sectional SEM images revealed the growth structure in dependence of the applied substrate bias and of the added elements. The chemical composition of the coatings was investigated by electron microprobe analysis and the phase and crystal size were determined by X-ray diffraction. Using the pulsed magnetron sputter process the coating properties, especially the hardness and the morphology, could be significantly improved. With indentation hardness values in the range of 40 GPa the region of super hard materials could be reached.     

深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能

研究了IN718高温合金、WC-6%Co硬质合金和Si(100)基体上深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能。研究表明,涂层的生长对基体的类型没有选择性。随着基体硬度的升高,划痕结合力失效临界载荷增大,涂层结合力失效机制由翘曲失效转变为基体/涂层协同变形,未发现涂层的剥落失效。载荷为2N时,磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为轻微磨粒磨损。载荷为4 N时,IN 718基体上涂层的磨损机制为严重的氧化磨损,WC-6%Co基体上的涂层的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,氧化物的产生、堆积和转移导致摩擦系数的波动。     

涂层和薄膜态准晶材料的研究现状及展望

准晶材料兼具硬度高、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、表面能低等特性,有着十分广阔的应用前景。但受限于本征脆性,准晶材料不能作为结构件单独使用,涂层和薄膜形态成为研究热点。综述了准晶涂层和薄膜的几种制备工艺,主要介绍了热喷涂技术、激光熔覆技术、电子束沉积技术、真空蒸镀技术、磁控溅射技术,并对这几种镀膜技术的特点进行了归纳、对比、总结。详细概述了制备过程中涂层和薄膜的生长过程、生长机理,为之后相关研究工作奠定了良好的基础。对结构和性能的研究现状及在界面结合、组织转变、后续热处理工艺中面临的问题进行了讨论,性能方面主要包括准晶涂层和薄膜优良的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损性能及其优异的不粘性,并对存在的相关问题提出了一些可能的解决方案。最后对准晶涂层和薄膜更先进的制备方法以及准晶材料在热障涂层、不粘涂层和固体润滑剂等方面的应用前景进行了展望。     

双辉等离子渗钽对TiAlN/Ta复合涂层结构和性能的影响

采用Ta层作为过渡层,通过双辉等离子渗金属（DGPSA）与射频磁控溅射（RFMS）辅助直流脉冲磁控溅射技术（DCPMS）制备TiAlN/Ta复合涂层。借助掠入射XRD、SEM、AFM、纳米压痕、划痕以及摩擦磨损测试了不同工艺制备的Ta过渡层对复合涂层的相结构、表面（截面）形貌、硬度、结合力、韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlN复合涂层在高偏压作用下结构致密,RFMS技术制备的Ta过渡层为柱状晶结构,复合涂层表面粗糙度较小,硬度较大而磨损稳定性和耐磨性较差;而DGPSA技术制备的Ta过渡层为纳米晶结构,复合涂层表面粗糙度较大,硬度降低但磨损稳定性与耐磨性都增强。对比发现,通过DGPSA技术制备Ta过渡层使得TiAlN/Ta复合涂层的结合力与韧性大幅度提高。     

Structure and properties of tribological coatings in Cu-B system

The effect of B additions on the structure and mechanical and tribological properties of Cu coatings produced by magnetron sputtering from mosaic targets has been investigated. It has been shown that the introduction of B results in structure refinement of the coatings. The hardness, elasticity modulus, elastic recovery, and plasticity index of Cu-B coatings have been determined. It has been established that the introduction of 7–15 at % of boron favors a decrease in the coefficient of friction and reduced wear. It has been shown that high tribological characteristics of coatings in the Cu-B system are connected with the formation of solid H₃BO₃ lubrication on the coating surface.     

不同掺杂设计对类金刚石涂层海水环境摩擦学性能的影响

采用UDP650型闭合场非平衡磁控溅射系统在硅片及316不锈钢基底表面制备了不同掺杂设计的类金刚石涂层(DLC、Cr/DLC和WC/DLC),通过SEM、Raman、硬度仪和划痕仪研究了涂层的结构及力学性能,利用多功能摩擦试验机考察了涂层在大气及海水环境下的摩擦学性能。结果表明,Cr或WC掺杂能显著促进DLC涂层的石墨化,同时提高涂层的结合力及韧性。在摩擦磨损试验中,由于海水的润滑作用,3种涂层在海水环境下的摩擦因数及磨损率均低于大气环境。同时,WC/DLC在3种涂层中表现出最佳的摩擦学性能,这取决于其高的石墨化程度,良好的结合力及优异的韧性。     

镁合金表面非平衡磁控溅射CrN镀层结合性能和摩擦磨损性能

采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层,分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明,镀层主要由Cr(N)相和少量Cr2N相组成。在偏压为60V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高,虽然镀层硬度有所提高,但结合性能和抗磨性能均下降。     

HIPIMS制备Cr-B涂层及摩擦学性能

为研究Cr-B涂层在多测试环境(干摩擦、蒸馏水和海水环境)下摩擦磨损行为,采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术制备Cr-B涂层,分析涂层成分、结构、微观形貌和力学性能,重点考察涂层在不同环境下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的Cr-B涂层,B/Cr的原子比为1.8,结构主要由CrB2和自由Cr相组成,硬度和弹性模量分别为(26.9±1.0)GPa和(306.7±6.0)GPa。摩擦测试结果显示:涂层在干摩擦时具有较高的摩擦因数为0.75,发生严重磨损失效,归因于摩擦过程中涂层剥落而导致严重的磨粒磨损;与干摩擦相比,涂层在蒸馏水和海水环境中的摩擦因数均显著降低,分别为0.26和0.22,这主要由于蒸馏水和海水的边界润滑作用所导致,在蒸馏水中摩擦的磨损机制为磨粒磨损,而在海水中的磨损机制为磨粒磨损和腐蚀磨损的协同作用。