碳纳米管复合镀层在不同摩擦组合下的摩擦学行为

对CVD法制备的碳纳米管进行了表面改性和修饰,然后通过化学共沉积方法制备了高硬度的碳纳米管复合镀层,并研究了碳纳米管复合镀层在不同摩擦组合下的摩擦学行为.结果表明:经过改性处理后的碳纳米管表面拥有丰富的表面官能团,这使大量的碳纳米管复合于镀层中,从而导致了镍磷复合镀层的硬度显著提高,达到946 HV.摩擦实验得出,在润滑状态下以钢环为摩擦副,碳纳米管增强的镍磷复合镀层比传统耐磨材料SiC增强的镍磷复合镀层具有更低的摩擦系数和磨损率.此外,不同摩擦组合下的摩擦结果表明,SiC复合镀层相互摩擦时尽管拥有较低的磨损率,但其摩擦系数仍然较高,而碳纳米管复合镀层相互摩擦时表现出最低的摩擦系数和磨损率,其摩擦系数和磨损率分别为0.108 7和1.49×10-3 g/m.     

铸铁活塞环表面多弧-磁控溅射复合镀研究

采用自行改造的多弧—磁控溅射离子镀膜机在铸铁活塞环表面进行Ti TiN多层镀研究 ,并运用实验手段对膜层的组织、相结构、显微硬度、膜—基复合强度、内应力 ,以及活塞环—缸套摩擦副的磨损量进行分析 ,结果表明采用多弧—磁控溅射复合工艺在铸铁活塞环表面沉积膜厚大于4μm的Ti TiN多层复合镀层是可行的 ,该工艺能明显改善活塞环—缸套摩擦副的耐磨性。     

缸套-活塞环摩擦副表面性能强化研究进展

缸套-活塞环是内燃机中最重要的摩擦副,该配副的磨损失效占内燃机摩擦磨损故障的40%左右。表面性能强化是提高缸套-活塞环摩擦副服役寿命和可靠性的重要方法。简要分析了内燃机缸套-活塞环服役工况与磨损失效机理,总结了影响缸套-活塞环摩擦磨损行为的重要因素。详细综述了表面改性、表面涂覆和表面复合处理技术在缸套-活塞环表面强化中的研究和应用现状,其中化学热处理、离子注入和表面淬火等表面改性技术,通过改变缸套-活塞环表面化学成分和组织结构,而改善其摩擦学性能,表面织构可起到贮存润滑油、容纳磨屑等重要作用。表面复合镀铬、气相沉积薄膜、热喷涂金属和金属陶瓷涂层等技术,也常用于缸套-活塞环的表面强化改性。同时,通过多种表面强化技术复合处理,如激光淬火和低温离子硫化复合、磁控溅射与渗氮复合、堆焊与表面滚压复合等,多种技术优势互补,可以实现缸套-活塞环摩擦副表面综合性能的协同提升。最后简要总结了各项表面强化技术的优缺点和亟待解决的问题。     

化学织构化45#钢表面涂覆MoS2薄膜的摩擦学性能

目的提高干摩擦条件下45~#钢表面的减摩耐磨性能。方法采用FeCl_3与HCl混合刻蚀液对45~#钢表面进行化学织构化处理,并在织构表面涂覆MoS_2形成复合润滑薄膜。通过摩擦磨损实验,评价了表面织构以及复合润滑薄膜的减摩耐磨特性,并通过扫描电子显微镜对磨痕进行分析。结果进行化学织构化处理后,45~#钢表面形成了均匀的微坑结构及由点蚀产生的孔洞结构,表面粗糙度Ra上升到了0.89μm,与未刻蚀的样品相比,刻蚀后表面的摩擦系数降低了23%,其摩擦过程也更稳定。这可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构能够捕获磨屑,减少磨粒磨损。在经化学刻蚀后的织构表面上构筑了MoS_2薄膜,与未刻蚀的样品相比,这种表面的摩擦系数得到了极大的降低,能达到0.1左右,其耐磨寿命也得到了极大的延长,磨痕宽度也有了明显的降低。其主要原因可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构存储的固体润滑剂,在摩擦过程中由对偶件带入摩擦区域进行了有效润滑。结论化学刻蚀形成的表面织构能够在一定程度上提高45#钢表面的摩擦学性能,涂覆MoS_2形成的复合润滑膜能够极大地降低45#钢表面的摩擦系数并大大延长其耐磨寿命。     

CKS活塞环表面微织构几何形貌及排布方式对摩擦学性能的影响

以CKS(铬基陶瓷复合镀)活塞环-硼磷合金铸铁气缸套摩擦副为对象,采用Nd-YAG激光器在CKS活塞环上进行微织构化处理,在对置往复式摩擦磨损试验机上进行摩擦学试验,研究激光微织构几何形貌及排布方式对摩擦副减摩耐磨的作用。采用激光共聚焦扫描显微镜利用台阶法测量磨损量,采用扫描电子显微镜观察样品表面磨损形貌。发现当织构深度30μm、直径130μm、排布角度0°、面积占有率5%时,摩擦副获得最佳的摩擦磨损性能,摩擦因数最低可达0.086,与未织构化的摩擦配副相比,摩擦因数降低约0.013,降低约13%;活塞环磨损率下降约41%,气缸套磨损率下降约46%。活塞环表面微织构可改善摩擦磨损性能的作用机制为,微织构具有储存润滑油、收集磨屑以及减小摩擦副接触面积的作用。     

电化学沉积镍基MoS_2复合镀层及其宽温域摩擦性能

为了降低纯镍镀层的摩擦因数,研究镍基MoS_2复合镀层适用温度范围,进一步提高金属机件在极端摩擦条件下的服役寿命。采用电化学沉积法在45钢基体表面制备不同MoS_2浓度的镍基固体润滑复合镀层。用复合电镀循环伏安曲线法研究复合镀层的电化学沉积规律,采用XRD、SEM对复合镀层的组织结构及摩擦形貌进行分析探讨,对比分析不同含量MoS_2复合镀层的摩擦磨损性能及机制。结果表明:MoS_2的加入促进了阴极极化,提高了镀层的结晶细致程度;同时能显著降低镀层摩擦因数,在MoS_2浓度为30 g/L的溶液中沉积的复合镀层在室温下的摩擦因数最低为0.02~0.03;在400℃以下摩擦环境中,复合镀层摩擦因数保持在0.02~0.05之间,具有很好的润滑性能;温度超过400℃时,MoS_2将逐渐被氧化为Mo O3,摩擦因数接近0.15,失去润滑效果。     

激光表面织构化对45钢摩擦磨损性能的影响

目的研究表面织构对45钢干摩擦和乏油状态下摩擦磨损性能的影响。方法用激光加工的方法在45钢表面加工出不同面密度的凹坑织构,在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上以球-盘副考察凹坑密度在干摩擦和乏油条件下对45钢摩擦磨损性能的影响。结果在干摩擦条件下,织构密度在4%时,摩擦配副的摩擦系数最小,稳定摩擦系数为0.56。随着织构密度的增大,摩擦系数也逐渐增大,当织构密度增大至16.2%时,配副摩擦系数最大,稳定摩擦系数为0.72。在乏油条件下,织构密度在4%时,摩擦系数为0.39,小于未织构试样摩擦配副。凹坑密度增大后,其摩擦系数大于未织构试样,但是均在0.43左右。在干摩擦和乏油条件下,织构化试样的磨损率都小于未织构试样,并且随着织构密度的增大,磨损率先减小后增加,织构密度在8.1%时,抗磨效果最好。结论表面织构能收集磨粒,储存润滑油,从而起到良好的减磨作用。     

缸套内壁激光渗硫复合层的组织与抗高温磨损性能

针对大功率密度柴油机缸套高温磨损失效问题,利用低温离子渗硫技术在42MnCr52钢激光淬火表面制备了渗硫层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、纳米硬度仪、划痕仪和台架试验装置分析了复合层的形貌组成、组织结构、力学性能与高温磨损性能。结果表明,复合层表面疏松多孔,其相组成主要为FeS,厚度约为5μm,与基底结合紧密。在发动机台架试验条件下,激光渗硫复合处理能降低缸套的磨损量,同时减轻了对磨活塞环的磨损,其主要原因是复合层表面的固体润滑硫化物有效抑制了高温粘着磨损和磨粒磨损,改善了缸套/活塞环摩擦副表面的匹配性能,使缸套的抗高温磨损性能得到提高。     

微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律

采用电火花加工方法在FeNi合金镀铁缸套试样表面的止点、中点、全程位置刻蚀微坑织构,采用球磨法对微坑填充固体润滑剂MoS_2以制备复合润滑结构缸套。采用对置往复式摩擦磨损试验机,研究微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律。采用SEM和EDS研究配副的磨损形貌。结果表明:复合润滑结构缸套能提高承载性能、降低摩擦因数,但不一定都能提高缸套的磨损性能和抗拉缸性能。唯有微坑分布在止点的复合润滑结构缸套相比未处理缸套,表现出良好的减摩耐磨和抗拉缸性能,摩擦因数降低了4.97%~6.26%,对磨环磨损量减少了58.3%,拉缸时间延长了10倍。随着往复运动的进行,微坑中的MoS_2逐渐向缸套表面转移,改善了止点区域的润滑性能,良好保护了摩擦界面。     

不同角度凹槽织构对缸套-活塞环摩擦性能的影响

针对船舶柴油机的缸套-活塞环表面纹理结构的磨损控制问题,利用化学刻蚀技术在缸套表面加工出三种倾斜角的凹槽织构。在MWF-10摩擦磨损试验机上开展织构化缸套试样在不同载荷下的摩擦磨损试验。综合摩擦系数、接触电阻以及磨损表面形貌等来分析不同倾斜角的凹槽织构对其摩擦性能的影响。结果表明:在400 N载荷下,倾角α=60°的凹槽织构对其摩擦系数降低最为明显;在200、600 N的载荷下,倾角α=30°凹槽织构的摩擦系数小。     

Sliding wear characteristics of solid lubricant coating on titanium alloy surface modified by laser texturing and ternary hard coatings

Titanium alloys are poor in wear resistance and it is not suitable under sliding conditions even with lubrication because of its severe adhesive wear tendency. The surface modifications through texturing and surface coating were used to enhance the surface properties of the titanium alloy substrate. Hard and wear resistant coatings such as TiAlN and AlCrN were applied over textured titanium alloy surfaces with chromium as interlayer. To improve the friction and wear resisting performance of hard coatings further, solid lubricant, molybdenum disulphide (MoS2), was deposited on dimples made over hard coatings. Unidirectional sliding wear tests were performed with pin on disc contact geometry, to evaluate the tribological performance of coated substrates. The tests were performed under three different normal loads for a period of 40 min at sliding velocity of 2 m/s. The tribological behaviours of multi-layer coatings such as coating structure, friction coefficient and specific wear rate were investigated and analyzed. The lower friction coefficient of approximately 0.1 was found at the early sliding stage, which reduces the material transfer and increases the wear life. Although, the friction coefficient increased to high values after MoS₂ coating was partially removed, substrate was still protected against wear by underlying hard composite layer.     

激光表面织构微坑形貌及面积占有率对氮化气缸套摩擦学性能的影响

针对氮化气缸套由于自身存在表面应力高、易变形等使其难以满足高强化内燃机气缸套要求的问题,以氮化气缸套-PVD活塞环为研究对象,采用Nd-YAG脉冲激光器在氮化气缸套表面进行织构化处理,研究脉冲激光参数对气缸套表面微织构微坑形貌及面积占有率对摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析其影响机制。发现织构微坑直径随激光能量密度、脉冲次数、离焦量增加而增大,而微坑深度随能量密度、脉冲个数、离焦量的增加呈先增大后减小的趋势。不同面积占有率织构对气缸套-活塞环摩擦副均具有减摩耐磨作用,与无织构缸套摩擦副相比,微织构气缸套的摩擦因数降低10.07%～1.58%;磨损量降低26.71%～46.19%;微织构气缸套对应的活塞环试样磨损量降低10.12%～50.19%;微织构气缸套的拉缸时间提高了2.1～2.8倍。最低摩擦因数和磨损量及最佳抗拉缸性能均在面积占有率为10%的织构摩擦副获得。微织构改善气缸套摩擦副摩擦磨损性能的机制为贮存润滑油,减少摩擦副接触面积以及捕捉磨屑,减小磨粒磨损。获得了高强化条件下氮化气缸套织构化对其摩擦学性能的影响规律,可为开发高强度内燃机提供试验支持。     

激光微织构固体润滑表面高温摩擦学性能研究

目的 研究微织构纳米固体润滑剂及碳纳米管(CNTs)添加剂对微织构表面高温润滑性能的影响.方法 采用YLP-HP-1-100-100-100型光纤激光器在Cr4M04V高温轴承钢表面进行织构化处理,并填充二硫化钼(MoS2)-聚酰亚胺(PI)和不同碳纳米管添加含量的MoS2-PI-CNTs复合固体润滑剂.在环-盘接触的MMU-10G高温摩擦磨损试验机上进行了环境温度从室温到400℃的滑动摩擦性能试验.结果 填充含纳米MoS2的复合固体润滑剂的微织构表面的摩擦系数比填充含相同含量微米MoS2的低35％左右.微织构纳米MoS2-PI自润滑表面摩擦系数随碳纳米管含量的增加先减小后增大,当碳纳米管质量分数为6％时,其摩擦系数最小,且比无碳纳米管的低37％左右.在MoS2-PI纳米复合润滑剂中添加6％碳纳米管后,MoS2-PI-CNTs纳米复合润滑剂具有更高的使用温度和更低的摩擦系数.结论 纳米MoS2的润滑效果优于微米MoS2,碳纳米管有利于提高MoS2-PI复合固体润滑剂的耐热性能和润滑减摩性能.     

65Mn钢基体CrTiAlN微纳米复合膜的制备与抗高温磨损性能研究

采用多弧离子镀在活塞环65Mn钢基体表面制备CrTiAlN微纳米复合膜,研究了CrNx过渡缓冲层与工作负偏压对CrTiAlN微纳米复合膜性能的影响规律,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,系统分析了薄膜相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能。结果表明:当N2含量为45%时,CrNx薄膜中主要以CrN(220)相为主,此时复合膜结合强度相对较高;复合膜厚度随负偏压增大而减小,纳米硬度随负偏压增大而增大,当偏压为–200V时,CrTiAlN微纳米复合膜的晶粒较为细小。采用优化工艺沉积的CrTiAlN复合膜具有优异的抗高温粘着磨损性能,优于CrN膜和电镀Cr,最后对3种活塞环涂层的抗高温磨损机理进行了分析讨论。     

Microstructure and Tribological Properties of PlasmaSprayed Ni/MoS2 Solid Lubrication Coating

A composite Ni based MoS2 solid lubrication coating was prepared using the plasma spraying technology with optimized process parameters.The tribological properties of the composite Ni/MoS2 coatings in air and vacuum were studied with a ball-on-disk friction and wear tester under dry sliding condition,respectively.XRD,SEM and EDS were adopted to analyze the microstructures of the coating before and after wear tests.Results showed that the deposition quality of the coating was good.The content of lubricant MoS2 was high.But the compactability of the coating with many superficial micrometersized defects such as pores and cracks was relatively low.The composite Ni/MoS2 coating exhibited excellent friction-reduction properties both in air and in vacuum conditions.In vacuum,the wear loss was greater because the severe spalling of top layer resulted from breakthrough of the adjacent defects.In air condition,the wear loss of the coating was relatively low but its friction-reduction ability may be weakened for the oxidation of MoS2.     

纳米金刚石粒径对Ni-P化学复合镀层耐磨性和耐腐蚀性的影响

为提高化学镀镀层的耐磨性和耐腐蚀性,采用化学镀制备含不同粒径的纳米金刚石Ni-P-D复合镀层,通过SEM、XRD、摩擦磨损试验、磨粒磨损试验和电化学试验,探究纳米金刚石粒径对Ni-P镀层微观形貌、力学性能、摩擦磨损性能、磨粒磨损性能和耐腐蚀性能的影响。经化学复合镀可以得到与基体结合良好,厚度约为30 μm,含纳米金刚石的Ni-P-D复合镀层;含50 nm 金刚石的Ni-P-D复合镀层的硬度最高,抗摩擦磨损和磨粒磨损性能最好;随着纳米金刚石粒径减小,Ni-P-D复合镀层的摩擦系数和抗腐蚀能力提高,含5 nm金刚石的Ni-P-D复合镀层的摩擦系数最小,抗腐蚀能力最强。      

聚酰胺酰亚胺涂层添加润滑剂对其摩擦性能的影响

目的研究固体润滑剂对聚酰胺酰亚胺(PAI)涂层摩擦磨损性能的影响。方法由偏苯三酸酐(TMA)和4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)合成并添加二硫化钼、二硫化钨、石墨制备自润滑PAI涂层,并对其用HSR-2M型高速往复摩擦试验机进行磨损实验。结合ATR-FTIR、TA-TG热重、磨痕形貌等表征手段,对自润滑PAI涂层摩擦性能进行表征,探究了固体润滑剂的种类与含量对聚酰胺酰亚胺涂层摩擦性能的影响。结果载荷与PAI涂层的摩擦系数呈反比例关系,当Mo S2含量达到30%时,PAI涂层的摩擦系数降至0.1744。添加固体润滑剂后,PAI涂层的摩擦系数减小,磨痕宽度变窄,磨痕变浅,表面粗糙度相对较低。结论具备最佳摩擦性能的涂层添加了30%Mo S2,添加10%石墨的涂层次之,添加10%WS2的涂层较好。添加固体润滑剂可明显提高PAI涂层的摩擦磨损性能,增加其使用时长。     

磨料条件下DLC复合微织构表面的磨损机理*

钛及其合金具有优良的性能被广泛应用于武器装备领域，但在磨料条件下易黏着、不耐磨的特性限制了其使用。为了提高钛在磨料作用下的减摩抗磨性能，以 TA2 钛为研究对象，使用激光加工技术在 TA2 样品表面上制备点阵微织构，然后采用磁控溅射技术在点阵微织构表面制备类金刚石碳（Diamond-like Carbon, DLC）薄膜，形成 DLC 复合微织构；采用 MS-T3000 摩擦磨损试验机研究了 DLC 复合微织构表面在磨料作用下的摩擦磨损性能，并通过扫描电子显微镜、能谱分析、 拉曼测试、有限元分析等手段研究钛表面 DLC 复合微织构的摩擦磨损机理。结果显示 DLC 复合微织构表面可有效提高钛在磨料条件下的减摩抗磨性能，且同等条件下，点阵密度对 DLC 复合微织构样品表面摩擦因数的影响最大，单位面积点阵边缘密度值与样品表面磨损率有关，且二者基本呈正线性关系。揭示了 DLC 复合微织构在磨粒磨损条件下的摩擦磨损性能， 并从织构边缘的破坏提出磨损机理，研究结果可为钛在磨料磨损条件下的应用提供理论和设计依据。     

等离子喷涂MoS2处理改善液压泵滑靴副摩擦学性能

为了改善滑靴副的摩擦学性能,利用液压泵的压力冲击试验,确定滑靴和斜盘的材料组合方案。在此基础上,利用等离子喷涂技术在多元复杂黄铜表面制备MoS2固体润滑涂层,分析MoS2涂层对材料的摩擦因数和摩擦力矩的影响,测量材料的磨损量、磨损深度以及磨损率,利用扫描显微镜观察摩擦表面的磨损形貌。结果表明:在压力冲击场合下,多元复杂黄铜和球墨铸铁的磨损量最小;MoS2涂层结构比较致密且与多元复杂黄铜基体结合牢固,材料的摩擦因数为0.11~0.13,摩擦力矩为1.0~1.1 N·m;在对摩过程中,MoS2涂层的硫原子对铜和铁元素具有很强的活性,与配对材料发生摩擦化学反应,形成Cu2S和FeS的润滑转移膜,摩擦表面呈现黏着和轻微磨粒磨损特征。