微弧氧化处理TC4合金表面微动磨损性能

利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备高硬度陶瓷涂层,研究其表面抗微动磨损性能。结果显示,陶瓷涂层主晶相为Al_2TiO_5相,硬度不均匀,由结合层向表面呈现先增大后减小的趋势,最高硬度HV0.5达11 500 MPa,远高于钛合金基体的硬度。微动磨损试验结果表明,陶瓷层的致密层起到主要防护作用。磨损初期阶段,疏松层脱落、细化、堆积同时伴随摩擦副较为严重的磨损;稳定阶段为滑动磨损,致密层磨损轻微,摩擦副磨损严重,钛合金磨屑由摩擦副向致密层转移。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

热喷涂铝青铜涂层的制备与微动磨损行为*

采用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂在不锈钢表面制备铝青铜涂层,并考察涂层的显微组织、相组成以及微动磨损行为。结果表明,在微动初期涂层接触区内发生轻微损伤,表现为犁沟和粘着;随微动循环次数的增加,层状剥离和氧化成为涂层接触区内的主要损伤形式。超音速火焰喷涂涂层具有更高的致密度和硬度,提高了涂层抗粘着及犁削的性能,故在试验初期表现出较小的摩擦因数和磨损体积;但在微动损伤机制随循环次数增大转变为层状剥离和氧化后,大气等离子喷涂涂层具有更小的摩擦因数和磨损体积。这可能是由于大气等离子喷涂涂层具有更高含量的α相,提高了涂层的韧性抑制了脆性断裂。此外,磨痕内形成的致密氧化层和由应变强化得到的致密化组织减缓了涂层的进一步磨损和氧化。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

TA1钛合金的表面复合强化与磨损行为研究

目的 针对钛合金硬度低、耐磨性差的问题,利用机械球磨技术在TA1钛合金表面获得复合强化层,研究强化层的组织结构对合金磨损行为的影响。方法 采用行星式机械球磨装置,以WC粉末为增强介质,在0.05 MPa氮气气氛、转速为350 r/min、时间为8 h的条件下,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,利用光学3D轮廓仪、XRD、SEM-EDS、往复式磨损机等对复合强化层的组织结构和耐磨性能进行测试。结果 当表层机械复合强化后,TA1钛合金表面的复合强化层由WC涂层+形变细晶区组成,硬化区厚度为20～40μm,形变细晶区厚度约为30μm。涂层区硬度达到1 100HV0.25,为基材硬度的5倍。在5 N载荷下,摩擦因数为0.2～0.3,并可保持近4 000 s,在10 N载荷下,摩擦因数接近0.2并可保持1 200 s。可将磨损过程分为低摩擦因数区、过渡区和高摩擦因数区3个阶段,且每阶段的磨痕深度、磨损量与摩擦因数具有正相关性。结论 表层机械复合强化可大幅提升TA1钛合金表层的硬度和耐磨性,WC颗粒增强涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。这种一步法表面强...     

TC4钛合金螺栓真空渗氮组织及性能

采用真空技术对TC4钛合金螺栓进行表面渗氮。运用金相显微镜、XRD、显微硬度计、磨损试验机及疲劳试验机研究了渗氮层的显微组织和性能。在相同条件下进行磨损及微动疲劳试验。结果表明,钛合金螺栓经820℃真空渗氮10 h后,渗氮层物相主要由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成,获得了由氮化物层和氮扩散区组成的致密渗氮层。表面硬度为1100~1200 HV,与基体硬度相比,提高了近3倍,硬化层深度达60~70μm。渗氮试样磨损失重为未渗氮试样的1/3,表面磨痕细密,平均微动疲劳寿命提到了20.2%。TC4钛合金螺栓经真空渗氮后,硬度、耐磨性和微动疲劳寿命得到了明显改善。     

等离子喷涂纳米ZrO_2涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂法在钛合金(TC4)基体上制备纳米陶瓷涂层。研究了烧结型陶瓷、纳米陶瓷和纳米球化陶瓷涂层的微动摩擦磨损性能。结果表明:在微动磨损滑移区、不同载荷水平下,三种涂层均呈现相同的耐磨性规律,耐磨性能由好到差的顺序为纳米球化陶瓷纳米陶瓷烧结型陶瓷。     

微弧氧化对TC4钛合金微动磨损行为的影响

采用微弧氧化技术,在TC4钛合金表面制备高硬度氧化陶瓷层(MAO),对比研究了TC4钛合金基体与微弧氧化陶瓷层在2种不同位移幅值下的微动磨损行为。结果表明:位移幅值由80μm增大到150μm时,TC4钛合金基体微动损伤机制由粘着磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和氧化磨损,而微弧氧化陶瓷层的损伤机制始终以氧化磨损为主;位移幅值为80μm时,TC4钛合金基体与微弧氧化陶瓷层磨损量均较小,而摩擦系数大且波动大;位移幅值为150μm时,两者磨损量出现不同程度的增大,而摩擦系数略有下降且趋于平稳;与TC4钛合金基体相比,微弧氧化陶瓷层的平均摩擦系数小,磨损轮廓浅,且磨损量仅为钛合金基体的70%。微弧氧化陶瓷涂层能够保护钛合金基体表面,有效改善TC4钛合金耐磨性。     

调制比对MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜微动磨损性能影响

为了改善钛合金表面的抗微动磨损性能,采用非平衡磁控溅射技术在钛合金(TC4)表面沉积了不同调制比(2∶1、1∶1、1∶2)的MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜(调制周期均为2μm)。利用扫描电镜、划痕仪、XRD、维氏显微硬度计、微动摩擦磨损试验机、3D表面轮廓仪对多层膜的形貌、结合力、物相、硬度、抗微动磨损性能、磨痕形貌进行分析测试。结果表明,所制备的MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜交替结构清晰,结构致密,在12000个微动循环周期后,测得MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜在调制比为工艺2∶1、1∶1时,多层膜的室温平均微动系数分别为0.071、0.065,其最终磨损总量分别为0.087mm~3、0.045mm~3,多层膜具有良好的抗微动磨损效果。     

38CrMoAl/QT600-3摩擦副摩擦磨损行为研究

目的 研究实际工况下氮化处理的38CrMoAl/QT600-3摩擦副的磨损机理,为提高摩擦副的服役寿命提供指导。方法 模拟实际工况,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,结合显微维氏硬度计、金相显微镜、XRD分析摩擦副氮化处理后的硬度和组织,借助LSCM、SEM分析其磨损形貌,使用EDS分析其磨损表面化学成分。结果 氮化处理后,38CrMoAl白亮层厚度为26μm,主要由ε相、γ′相组成,表面硬度平均为1 112.8HV0.3,扩散层主要是α相,硬度呈梯度下降,即使白亮层磨损,扩散层依然具有较高的硬度;QT600-3白亮层厚度为16μm,主要由ε相、γ′相和石墨组成,表面硬度平均为960.4HV0.3,扩散层由α相和石墨组成,白亮层磨损后,扩散层硬度急剧下降,接近基体硬度。本试验条件下,38CrMoAl/QT600-3摩擦副磨损过程分3个阶段,即38CrMoAl白亮层对磨QT600-3白亮层、38CrMoAl白亮层对磨QT600-3扩散层、38CrMoAl扩散层对磨QT600-3扩散层,前2个阶段摩擦因数曲线稳定,摩擦因数介于0.5～0.6之间,磨损机理主要以磨粒磨损和疲劳磨损为主...     

石墨烯添加剂对ZL109铝合金活塞微弧氧化复合膜层摩擦性能的影响

在电解液中加入不同浓度石墨烯添加剂,通过微弧氧化在ZL109铝合金表面制备了石墨烯复合陶瓷膜,通过测厚仪和硬度计对膜层进行检测;然后对最佳浓度处理试件进行摩擦磨损试验,分析其摩擦因数、表面形貌以评价石墨烯添加剂对微弧氧化复合陶瓷膜摩擦性能的影响和作用机理。结果表明:石墨烯添加剂的加入使微弧氧化膜层具有更加优异表面性能和抗磨减摩性能,在浓度为6 g/L时膜层厚度达29.68 μm,硬度达到990.12 HV0.3,摩擦因数稳定在0.19,较普通陶瓷膜摩擦因数显著降低,达34.48%。在磨擦过程中,石墨烯对摩擦副表面的凹槽和划痕进行了填充,表面珩磨纹更加细密;同时,复合添加剂在磨擦过程中形成了C元素薄膜,起到了自修复作用。     

CeO2对ZrH1.8表面微弧氧化复合陶瓷层结构的影响

目的利用微弧氧化表面处理技术,通过改变电解液成分,在ZrH_(1.8)表面原位制得一层致密的复合陶瓷层。方法通过在电解液中添加CeO_2颗粒,采用恒压模式对氢化锆(ZrH_(1.8))表面进行微弧氧化处理,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、涂层测厚仪、涂层附着力自动划痕仪,分析陶瓷层表面和截面形貌、相结构、厚度及其与基体的结合力,通过Archimedes排水法对所制备陶瓷层的致密性进行定量分析。结果 CeO_2颗粒的添加有利于陶瓷层的生长,与不添加CeO_2颗粒所制得的陶瓷层相比,加入CeO_2后,陶瓷层的厚度有所增加,陶瓷层与基体的结合力由81 N增大至104 N。XRD分析表明,陶瓷层中出现CeO_2特征峰,可知CeO_2在微弧氧化过程中成功地吸附在陶瓷层表面。不添加CeO_2时,陶瓷层的孔隙率为14.22%;添加CeO_2后,陶瓷层的孔隙率降低至5.79%。结论 CeO_2颗粒的加入可有效提高基体ZrH_(1.8)与陶瓷层的结合力,降低了陶瓷层的孔隙率,使氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的致密性得到改善。     

基于微弧氧化技术耐磨减摩涂层的研究进展

轻金属材料(铝、镁、钛及其合金等)具有质轻、比强度高等优良性能,被广泛应用于航天航空、汽车电子、海洋工程等机械领域,但化学性质活泼易腐蚀、硬度低易磨损等性质限制了其使役寿命及使用范围。为提升轻质材料表层界面的耐腐蚀性能和摩擦学性能,微弧氧化作为有效的表面强化技术得到了广泛研究。对基于微弧氧化处理铝、镁、钛及其合金表面,并采用复合技术制备耐磨、减摩复合涂层的研究现状进行了一个系统的总结。将复合技术分为三类:第一类,前处理(机械预处理、预置膜层)+微弧氧化;第二类,微弧氧化直接复合技术(减摩复合、抗磨复合);第三类,微弧氧化+后处理(抛光、重熔、固体润滑涂层)。介绍了三类复合技术的制备工艺、注意事项,分析了其对运动摩擦副部件摩擦学性能的影响及优化方向。最后,指出了微弧氧化陶瓷膜层在摩擦学应用领域所面临的挑战,并从陶瓷膜层结构设计制备、增强韧性、降低对基体疲劳性能的影响和摩擦润滑机理等方面展望了其发展方向。     

Fretting wear of micro-arc oxidation coating prepared on Ti6Al4V alloy

Micro-arc oxidation(MAO)coating was prepared on Ti6Al4V alloy surface and its characterizations were detected by Vickers hardness tester,profilometer,scanning electric microscope(SEM),energy dispersive X-ray spectrometer(EDX)and X-ray diffractometer(XRD).Fretting wear behaviors of the coating and its substrate were comparatively tested without lubrication under varied displacement amplitudes(D)in a range of 3-40μm,constant normal load(Fn)of 300 N and frequency of 5 Hz.The results showed that the MAO coating,presenting rough and porous surface and high hardness,mainly consisted of rutile and anatase TiO2 phases.Compared with the substrate,the MAO coating could shift the mixed fretting regime(MFR)and slip regime(SR)to a direction of smaller displacement amplitude.In the partial slip regime(PSR),lower friction coefficients and slight damage appeared due to the coordination of elastic deformation of contact zones.In the MFR,the friction coefficient of the coating was lower than that of the substrate as a result of the prevention of plastic deformation by the hard ceramic surface.With the increase of the displacement amplitude,the degradation of the MAO coating and the substrate increased extremely.The fretting wear mechanisms of the coating were abrasive wear and delamination with some material transfer of specimen.In addition,the coating presented a better property for alleviating fretting wear.     

纯镁微弧氧化含碳陶瓷层的耐磨性能

为进一步提高纯镁表面微弧氧化陶瓷层的摩擦磨损性能,在硅酸盐体系的电解液中加入不同质量浓度的石墨烯添加剂,对纯镁试样进行微弧氧化处理。利用扫描电子显微镜、电子探针、显微硬度仪和原子力显微镜等分析镁微弧氧化陶瓷层的表面和截面形貌、陶瓷层成分、显微硬度和表面粗糙度,并用MS-T3000球-盘磨损实验机对微弧氧化陶瓷层的摩擦学性能进行研究,台阶仪计算比磨损量。结果表明:在微弧氧化电解液中加入少量石墨烯添加剂后制备的陶瓷层中含有一定量的碳元素,含碳的微弧氧化陶瓷层在干摩擦小滑动距离下的摩擦因数显著减小,最低至0.095,较原始镁试样的0.45减小近50倍,含碳微弧氧化陶瓷层比磨损量是原始试样的1/5。纯镁表面含碳微弧氧化陶瓷层有效提高了纯镁表面的减摩和耐磨性。     

A356铝合金微弧氧化膜微动磨损行为的研究

采用微弧氧化（MAO）在A356铝合金表面制备MAO膜,利用球-平面接触在SRV-V微动摩擦磨损机上探究变载荷和位移下微弧氧化对A356微动磨损机理的影响。结果表明：MAO膜由疏松层和致密层构成,其均匀性、致密性和结合力良好。MAO膜的摩擦系数、磨损率均低于A356,MAO膜减摩耐磨性较好。随位移增加MAO膜的摩擦耗散能系数低于A356,MAO膜能提升A356微动磨损过程的稳定性。载荷增加时A356磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损,伴随犁削和疲劳剥层; MAO膜磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损和疲劳剥落。位移增加时A356磨损机制为粘着磨损和疲劳剥落,伴随微犁削;MAO膜磨损机制为粘着磨损和疲劳剥层-粘着磨损和磨粒磨损。A356的磨痕内聚集Fe、O元素,存在材料转移和氧化磨损;MAO膜磨痕内聚集Fe元素,存在材料转移。     

TC4合金表面Cu/石墨复合镀层的摩擦磨损行为

采用无氰电镀工艺在TC4合金表面制备了Cu/石墨复合镀层,研究了镀层的组织结构和摩擦磨损行为。结果表明,采用无氰电镀方法能够在TC4合金表面制备出组织致密且与基体结合紧密的Cu/石墨复合镀层,但增加镀层中石墨的含量会降低镀层与基体合金的结合强度,并导致硬度小幅下降。摩擦磨损实验结果表明,Cu/石墨复合镀层具有优良的摩擦磨损防护性能,归因于石墨有效降低了镀层的摩擦系数和磨损率;对镀层磨损形貌、磨损产物和摩擦系数的综合分析结果表明,纯铜镀层的摩擦磨损机制主要为犁削磨损、黏着磨损和剥层磨损,Cu/石墨复合镀层的磨损机制为轻微的削层磨损和疲劳磨损。     

TC4钛合金表面微弧氧化原位生长自润滑MoS2/TiO2膜层研究

钛合金表面减摩涂层的设计和制备是提升钛合金构件耐磨性能、保障服役安全的重要技术之一。针对于目前钛合金减摩涂层中减摩剂分散不均匀,易于团聚导致膜基结合力差等问题,本论文采用一步微弧氧化技术在TC4合金表面原位生长纳米MoS2颗粒,制备具有减磨作用的MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;讨论了原位反应中硫源添加量对膜层微观结构及耐磨性能的影响。结果表明：以Na2S和Na2MoO4分别为硫源和钼源在TC4合金表面通过微弧氧化制备出了MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;通过控制Na2S浓度可以原位生成具有小尺寸、均匀化分布的纳米MoS2颗粒,并实现对MoS2含量和形态的调控。随着Na2S浓度的增加,膜层结构逐渐致密化且表面粗糙度较低,当添加量到达60g/L时,由于硫沉淀作用导致膜层开始疏松,粗糙度增加。由于膜层表面和内部均存在均匀化分布且具有自润滑作用的MoS2颗粒,所得膜层耐磨性较传统微弧氧化膜层或直接添加MoS2颗粒所得膜层分别提高了395.4%、129.4%;同时,膜基结合力较传统微弧氧化提高了87.1%,达到了723.8N,说明了该技术在保证良好的自润滑效果同时改善了膜基结合力。该研究结果可以为钛合金耐磨涂层设计和制备提供新思路和研究方法。     

钽表面微弧氧化陶瓷层的制备及耐磨性能研究

目的研究不同电压、电流和氧化时间下,钽表面微弧氧化陶瓷层的生长机理与耐磨性能的变化。方法通过微弧氧化技术在钽金属表面制备陶瓷层,并采用扫描电子显微镜观察陶瓷层的表面形貌,采用摩擦磨损试验仪对陶瓷层的摩擦学性能进行研究,探讨放电电压、放电频率、氧化时间对陶瓷层摩擦系数的影响。结果在电压400 V、频率1000 Hz、氧化时间20 min条件下获得的陶瓷层表面质量最好;在电压350 V,频率1000 Hz,氧化时间10 min条件下获得的陶瓷层耐摩擦性能最好。结论对钽金属表面进行微弧氧化处理,可以显著降低钽金属表面的摩擦系数,提高耐磨性能。     

固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

目的 改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法 采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度,并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜（SEM）分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌,并利用能谱分析仪（EDS）对试样膜层化学成分进行分析。结果 在抛磨纳米WS2粉体过程中,WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷,并极大地降低试样表面粗糙度,进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%,摩擦系数降低79.2%,抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%,摩擦系数降低93.6%,抗粘着时间增加233%。另外,制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损,并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论 在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦,延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。