等离子喷涂制备WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑耐磨涂层及其高温摩擦性能

通过大气等离子喷涂方法,使用自制的含有WC-Co、Cu和BaF2/CaF2共晶体的复合喷涂粉末,制备出WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑耐磨涂层。在200℃、400℃和600℃下进行WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层和WC-Co涂层的高温摩擦试验,用扫描电镜观察涂层磨损表面微观形貌。结果表明:200℃时,由于WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层摩擦产物层中含有的WC硬质颗粒引起磨粒磨损,该涂层摩擦因数和磨损率相对较高。而400℃和600℃时,WC-Co-Cu-BaF2/CaF2涂层的摩擦产物层中均无WC颗粒存在,且由于涂层中Cu和BaF2/CaF2等固体润滑剂的作用,生成的摩擦产物层光滑且致密,涂层的摩擦因数和磨损率均较低,在400～600℃下表现出比WC-Co涂层优异的耐磨性能。     

等离子喷涂制备NiCoCrAlY/BaF2/CaF2/C/Y自润滑涂层及其高温摩擦性能

通过等离子喷涂技术制备润滑相BaF2∶CaF2∶C比分别为3.1∶1.9∶7和15.5∶9.5∶4.9的两种NiCoCrAlY/BaF2/CaF2/C/Y复合涂层,研究了所选固体润滑剂在高温摩擦中对涂层润滑性能和机械性能的影响,分析BaF2/CaF2/C的综合作用,在500℃和800℃时分别对涂层进行高温摩擦试验。结果表明:500℃时,摩擦面比较粗糙,涂层的摩擦因数较高,磨损较为严重,表现出明显的剥落现象;800℃时,涂层表面没有BaF2/CaF2/C等润滑相的存在,发生了摩擦化学反应,摩擦表面生成了一层光滑致密的氧化膜,并存在一定程度的材料转移现象。经过X射线衍射(XRD)分析表明,在高温和摩擦的共同作用下,涂层表面有BaCrO4生成,摩擦因数最低可达0.268,对应的磨损量为0.351 6mm3,有效降低了涂层的摩擦和磨损。在涂层的性能测试中,各润滑相之间的协同作用较好。     

石墨/CaF2/TiC协同改善镍基合金喷涂层的摩擦磨损行为与机理（英文）

为了降低机械零件在强烈摩擦磨损条件下的摩擦因数,提高其耐磨性,制备了等离子喷涂石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层,研究其摩擦学行为及机理。结果表明,石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层的摩擦因数为0.22~0.288,较纯镍基合金涂层的降低了25.9%~53%,磨损率较之降低18.6%~70.1%。与GCr15钢球对摩时,复合涂层的磨损表面逐渐形成了由铁氧化物、石墨和CaF2组成的转移层,使GCr15钢球与复合涂层的摩擦转变为钢球与转移层的摩擦。由于转移层起到固体润滑作用,复合涂层的摩擦因数和磨损率大幅度降低。复合涂层的主要磨损机理是转移层在载荷的反复作用下而产生的层脱剥落。     

M2高速钢的高温摩擦磨损行为

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机,对M2高速钢在200、400和600℃下的高温摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制。结果表明:温度是影响M2高速钢高温摩擦磨损性能的重要因素。随着温度的升高,磨损体积先升高后降低,400℃时磨损体积最大,分别是200和600℃的15倍和1.2倍。200℃时摩擦因数最大为0.65,随温度升高摩擦因数先降低,随后趋于平稳,400和600℃时分别为0.39和0.40。200℃时M2高速钢的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,以磨粒磨损为主,碳化物减磨作用明显; 400和600℃时主要磨损机制为粘着磨损和轻微的氧化磨损。400℃时粘着磨损严重,磨损加剧。600℃时以氧化磨损为主,氧化层起到良好的减磨作用,磨损减弱。400和600℃下的摩擦因数较200℃小,这是表面的软化熔融和氧化层的润滑的共同作用所致。     

软/硬质摩擦偶件材料对Ni3Al基涂层宽温域内摩擦学行为的影响

目的 合理选用摩擦偶件材料,以减缓Ni3Al基涂层宽温域内的摩擦磨损.方法 分别以WC-Co和316L为摩擦偶件,研究25～800℃内其对Ni3Al基涂层润滑和磨损机理的影响.采用高温硬度仪测试摩擦偶件在不同温度时的硬度,采用附带能谱仪的扫描电子显微镜观察磨损表面、磨斑和磨屑的形貌并测试成分,采用拉曼散射仪测试磨损表面和磨斑的成分.结果 在25～800℃,随温度的升高,两种摩擦副的摩擦系数具有一致的变化规律.与WC-Co对摩时,涂层在各温度下均具有低磨损率,且随温度升高,磨损率呈下降趋势.在25～200℃,与316L对摩时,涂层主要表现为粘着磨损和磨粒磨损,而与WC-Co对摩时,涂层在高接触应力下发生塑性变形,抑制Ag润滑相析出和涂层剥落,使其较前者具有高摩擦系数和低磨损率.在400℃,与WC-Co对摩时,高接触应力下产生的摩擦热促使涂层发生轻微的氧化,形成NiO和NiCr2O4,使其减摩性能优于Ni3Al/316L摩擦副.在600～800℃,与316L对摩时,涂层由严重的粘着磨损转变为氧化磨损;而与WC-Co对摩时,涂层由氧化磨损和剥层磨损转变为氧化磨损.此外,800℃时,Ni3Al/316L摩擦副的摩擦磨损发生在光滑润滑膜与粗糙转移膜之间,而Ni3Al/WC-Co摩擦副发生在光滑的润滑膜与转移膜之间.结论 在25～800℃,涂层与316L和WC-Co对摩时均具有良好的减摩性能,且与WC-Co对摩时具有更优的耐磨性能.     

超音速火焰喷涂碳化铬基涂层的高温摩擦磨损性能研究

利用超音速火焰喷涂方法制备出NiCr/ Cr3C2 和NiCr/ Cr3C2-BaF2 ·CaF2 两种涂层,?炝肆街滞坎愕淖橹?测定了两种涂层在650 ℃和800 ℃下的摩擦磨损性能,进而分析了BaF2 ·CaF2 共晶相对涂层的润滑减摩作用,讨论了两种涂层的适用范围。结果表明,NiCr/ Cr3C2-BaF2 ·CaF2 涂层在800 ℃展现出优异的耐磨自润滑效果,摩擦系数最低,仅为0. 2644,磨损率也较小,为5. 88×10-6 mm3 / (N·m);而NiCr/ Cr3C2 涂层在650℃的磨损率更小,仅为3. 66×10-6 mm3 / ( N·m)。两种涂层在不同温度下表现出不同的摩擦磨损机制:NiCr/Cr3C2 涂层在650 ℃和800 ℃均表现为典型的粘着磨损,但在650 ℃时有疲劳迹象,在800 ℃时则发生严重塑性变形;NiCr/ Cr3C2-BaF2·CaF2 涂层在650 ℃以磨粒磨损为主,在800 ℃时,由于氟化物润滑膜的作用,仅发生轻微的粘着剥落。     

原位析出纳米氟化钙晶体的搪瓷涂层自润滑行为研究

目的 调控析出氟化钙晶体,赋予搪瓷涂层常温自润滑性能。方法 采用球磨和熔融2种方式向作为空白对照组的搪瓷配方中加入质量分数为3.5%的CaF2,制备出3种喷涂于304不锈钢上的搪瓷涂层。通过摩擦磨损实验、软化点测定和维氏硬度测定实验,分别评价搪瓷涂层的摩擦磨损性能、热性能和力学性能,并通过扫描电镜分析搪瓷的晶化情况和磨痕形貌,用电子探针显微分析仪分析磨痕表面的元素分布,探讨润滑机理。结果 采用球磨法加入CaF2制备的搪瓷基复合涂层中,CaF2颗粒的粒径较大且分布不均;在熔炼搪瓷时即加入CaF2颗粒,该氟化物可参与到搪瓷网络结构中,并在搪瓷涂层烧制时原位析出平均粒径为132 nm、大小均匀且弥散分布的纳米级CaF2晶体。结果显示,熔融添加质量分数为3.5%的CaF2,使得搪瓷涂层的摩擦因数由0.57降至0.37,磨损率也降低了2个数量级,而球磨添加质量分数为3.5%CaF2的搪瓷涂层的摩擦因数稍有降低,但磨损率基本无变化。熔融添加氟化物的搪瓷涂层,原位析出了纳米级CaF2晶体,诱使摩擦表面形成了润滑层。结论 CaF2的加入可在一定程度上提高搪瓷涂层在常温条件下的耐磨性和润滑性,当CaF2为原位析出的纳米级晶体时具备优异的减摩润滑效果。     

大气等离子喷涂NiCr/Cr3 C2涂层的显微结构及摩擦性能

采用大气等离子喷涂技术在45钢表面制备了NiCr/Cr_3C_2涂层,利用SEM、XRD和摩擦磨损试验机对涂层的显微结构、物相组成以及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明,该涂层结构致密,涂层的主晶相为NiCr合金相和Cr_3C_2相,还有少量的NiO和Cr_2O_3相。涂层的摩擦因数随着温度的升高先增大后减小,400℃时,摩擦因数最大,约为0.8左右,800℃时,摩擦因数最小,约为0.39左右。涂层的磨损率随着温度的升高先增大后稍有降低。低温下,涂层的主要磨损机制是脆性断裂;高温下,主要磨损机制为塑性变形以及氧化。     

亚微米WC添加对超音速火焰喷涂WC-Co涂层磨损性能影响

采用超音速火焰喷涂方法(HVOF)在304不锈钢基体表面制备WC和WC-12Co的复合涂层WC-Co,研究亚微米WC的添加对涂层相组成、显微硬度、耐磨性能和表面形貌的影响。利用X射线衍射、压痕法、往复式摩擦磨损实验和扫描电子显微镜(SEM)分别对涂层的相组成、显微硬度、磨损性能和表面形貌进行分析测试,并分析涂层的磨损过程和机制。结果表明,添加质量分数5%的亚微米WC颗粒显著提高了涂层的显微硬度(16.3%);增强了涂层的耐磨性,磨损率从6.09×10-7 mm3/Nm减小到5.15×10-7 mm3/Nm(减小13.8%);亚微米WC颗粒喷涂后在涂层中保持了WC相,并主要存在于WC-Co扁平粒子界面和孔隙。基于涂层中扁平粒子的结合特性与磨损失效特征,建立强化模型,分析亚微米WC颗粒对涂层扁平粒子界面的强化机制。     

高焓等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐磨性

为提高马氏体不锈钢（0Cr13Ni4Mo）的表面硬度及耐磨性能,对不锈钢表面进行高焓等离子喷涂WC10Co4Cr强化,对涂层进行组织观察和物相组成分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。研究表明：WC10Co4Cr涂层组织致密,主要由WC物相构成,另外还有少量的W2C和Co25Cr25W8C2。在室温和高温（400 ℃）时,WC10Co4Cr涂层均具有较低的摩擦因数。室温时,基体的磨损机制主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层其磨损机制主要以微切削为主。400 ℃条件下,不锈钢基体的磨损机理主要以粘着磨损和剥层为主,磨痕边缘部位主要以磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层试样的磨损机制主要以磨粒磨损为主,伴随有剥层现象出现。     

等离子喷涂Cr3C2/NiCr金属陶瓷基高温润滑涂层的摩擦学行为研究

目的 探讨和研究Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层与ZrO2配副在宽温域（室温~800 ℃）内的摩擦磨损行为和磨损机理。方法 以Cr3C2/NiCr作为基底材料,CaF2、Ag、MoO3作为固体润滑剂,采用大气等离子喷涂技术在718高温合金钢基体表面,制备Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2和Cr3C2/NiCr-CaF2金属陶瓷涂层。采用UMT-3高温摩擦磨损实验机评价涂层从室温~800 ℃的摩擦磨损性能,采用显微硬度计和万能材料实验机测试涂层的显微硬度和粘结强度,采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱仪分析涂层的显微结构、物相组成和磨痕的微观形貌。结果Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2金属陶瓷涂层结构致密,显微硬度和结合强度均随着固体润滑剂含量的增加而有所下降,结合强度分别为46.45、36.65 MPa,显微硬度分别为524.61HV0.3、478.29HV0.3。涂层的摩擦系数和磨损率均随着温度的升高而降低,800 ℃时Cr3C2/NiCr-CaF2和Cr3C2/NiCr-Ag-MoO3-CaF2涂层的摩擦系数和磨损率最低,最低摩擦系数分别为0.30和0.19,最低磨损率分别为3.84×10-5、2.89×10-5 mm3/(N?m)。 结论 CaF2可以改善600 ℃以上的摩擦学性能,Ag、CaF2、MoO3在涂层磨损表面发生摩擦化学反应生成的钼酸银和钼酸钙,可以有效地改善Cr3C2/NiCr涂层在600 ℃以上的摩擦学性能。     

石墨烯含量对石墨烯改性WC-Co自润滑耐磨涂层性能的影响

为了降低WC-Co耐磨涂层的摩擦因数,发挥石墨烯的减磨、润滑特性,采用喷雾造粒工艺制备石墨烯/WC-Co复合粉体,基于爆炸喷涂技术制备石墨烯改性WC-Co(GO/WC-Co)自润滑耐磨涂层。借助SEM、EDS分析粉末及涂层中石墨烯的存在、组织形貌、成分组成。采用UMT-2摩擦磨损试验机研究了不同石墨烯添加量对制备涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明:爆炸喷涂制备石墨烯改性WC-Co涂层中石墨烯仍以透明状、片层状态存在,相比WC-Co涂层,石墨烯质量比为3%时,制备涂层摩擦因数降低约30%,石墨烯在摩擦过程中不断裸露于磨痕表面,在微区内形成润滑膜,起到较好的自润滑、减磨效果。     

水环境中等离子喷涂纳米/微米喂料Al2O3/TiO2涂层的摩擦学行为

利用纳米结构和常规喂料用大气等离子喷涂方法制备了Al2O3/TiO2涂层,研究了水环境中两种涂层与不锈钢对磨时的摩擦磨损性能.结果表明：水环境中,两种涂层摩擦因数变化不大,但是纳米喂料涂层耐磨性能明显优于常规涂层,同时其对偶的磨损率仅为常规涂层对偶磨损率的1/3～1/5,磨损率随载荷的增加不断增加.讨论了水环境中两种涂层的磨损机制.     

耐高温自润滑材料PM304的磨损性能

通过高能球磨与粉末冶金制备出耐高温自润滑材料PM304。PM304的组成成分与PS304相同，但PM304组织致密，3种自润滑成分尺寸细小。研究发现，环境温度与组织结构对PM304的摩擦磨损性能有较大影响。室温时，PM304的磨损率很大，摩擦表面显示严重的微观脆性断裂；随着温度升高至200-600℃，由于BaF2／CaF2与Ag具有较高的热膨胀系数，在压力与摩擦力的作用下，溢出的BaF2／CaF2与Ag发生塑性变形并在摩擦表面形成光亮层，导致PM304的磨损率减小。     

大气等离子喷涂WC和Cr2C3基涂层

等离子喷涂技术能有效延长工件的服役寿命,具有重要的工程应用价值.主要研究了喷涂电流对涂层性能的影响,并观察了涂层的组织形貌,测试了摩擦学特性.结果表明,WC基涂层与Cr2C3基涂层相比具有更高的硬度和更低的摩擦因数.当喷涂电流在500～600 A变化时,两种材料的涂层硬度相当;但是当喷涂电流为450A,WC-12Co涂层呈现出最高硬度.随着电流的变化,Cr2C310(Ni20Cr)涂层的摩擦因数变化不大;当电流为600A时,WC基涂层的摩擦因数最小.     

Ag含量对NiMoAl基涂层宽温域自润滑性能的影响

为了提高运动部件在宽温域(尤其是高温)条件下的润滑和耐磨性能,采用大气等离子喷涂(APS)技术在不锈钢基材上喷涂制备了三种Ag含量分别为0、10%和30%(质量分数)的NiMoAl-Ag固体自润滑涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、CSM摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对涂层的组织结构和在20～800℃时的摩擦磨损机制进行了分析。结果表明:NiMoAl-Ag涂层呈现致密的显微结构和均匀的组份分布;NiMoAl-Ag涂层在20～800℃时的摩擦因数随着Ag含量的增加而显著下降,含有30%Ag的NiMoAl-Ag涂层在800℃的摩擦因数降至0.12。但是,Ag含量的增大会降低涂层在20～400℃的耐磨性;当温度进一步升高到600℃和800℃时,Ag的加入却可以明显提高涂层的耐磨性。进一步分析涂层的润滑机理表明:涂层中的Ag含量增大可以在高温摩擦界面形成液态Ag和Ag_2MoO_4润滑釉质层的协同润滑作用,使得涂层具有较低的摩擦因数和磨损率。APS制备的NiMoAl-Ag涂层具有优良的宽温域自润滑性能,通过复配合适的增强相有望提高其中低温耐磨性能,是一种极有潜力的新型宽温域耐磨自润滑涂层材料。     

Mo_2C改性涂层制备温度对C/C-Cu复合材料组织和性能的影响

以仲钼酸铵为反应物,采用熔盐法在低密度C/C复合材料孔隙表面制备Mo2C涂层,改善Cu与C/C坯体的润湿性,然后通过无压熔渗Cu制备C/C-Cu复合材料,研究了Mo2C改性层制备温度对Mo2C涂层和C/C-Cu复合材料组织结构及性能的影响。结果表明:Mo2C涂层在坯体内部孔隙表面分布均匀,且与炭基体和Cu均有良好的界面结合。在950~1150℃范围内,随涂层反应温度的提高,Mo2C层厚度由2.0μm逐渐增大到6.5μm,C/C-Cu复合材料的密度逐渐增大,电阻率逐渐降低;抗弯强度呈现先增大后减小趋势,在涂层反应温度为1000℃时呈现最大值251.83 MPa。复合材料的摩擦因数均随磨损时间延长先增大后减小并趋于稳定。随着Mo2C涂层制备温度的提高,复合材料的摩擦因数逐渐增大,体积磨损率先减小后增加,在Mo2C涂层反应温度为1000℃时,复合材料的磨损率最低。     

电接触烧结增强NiCr-Cr3C2涂层的显微组织和摩擦磨损行为研究

目的在等离子喷涂的基础上,采用电接触烧结技术制备具有良好摩擦学性能的Ni Cr-Cr_3C_2涂层。方法采用等离子喷涂工艺将NiCr-Cr_3C_2涂层预置到GH4169合金试件表面,再经过电接触烧结工艺制备增强涂层。利用OM、SEM、XRD及EDS研究耐磨层的物相、显微组织及化学组成特征,并采用球盘式摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学行为进行评价。结果通过电接触烧结过程中的瞬时热效应,促进了NiCr-Cr_3C_2等离子喷涂层界面的塑性变形及热扩散,使涂层的孔隙率由5%降到2%,结合强度由46MPa提升到210 MPa。在400℃和600℃时,摩擦表面可形成完整的摩擦层,共晶氟化物组分使涂层摩擦系数由室温至400℃条件下的0.8降低到600℃条件下的0.45。涂层在600℃条件下表现出氧化磨损的特征。结论电接触烧结工艺能实现等离子喷涂Ni Cr-Cr_3C_2涂层的性能增强,获得较高结合强度、较低孔隙率和摩擦系数,在600℃条件下表现出较好的摩擦磨损性能。     

NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层的制备及摩擦学性能研究

目的 为了改善MCrAlY涂层的耐磨损性能,通过在NiCoCrAlYTa粉末中添加不同比例的硬质相WC-Co粉末（质量分数为25%、50%、75%）,将2种粉末充分地机械混合、振荡均匀后,采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术,制备不同配比的NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层。方法 利用SEM、XRD、EDS等分析了复合涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等;研究该复合涂层的力学性能、摩擦学性能以及摩擦磨损机理等。结果 采用HVOF技术制备的Ni CoCrAlYTa/WC-Co复合涂层结构致密,各元素及物相分布均匀;硬质相WC-Co的添加提高了涂层的显微硬度,同时也可显著改善复合涂层的耐磨损性能;复合涂层的摩擦因数随着WC-Co含量的增加逐渐增大,而磨损率逐渐减小。当WC-Co的添加量为75%时,复合涂层的摩擦因数最大,约为0.84;磨损率最小,约为9.28×10^-6 mm³/（N·m）。结论 在金属基涂层中引入硬质相WC-Co可有效提高涂层的硬度,并且提升该涂层的耐磨损性能,为金属基涂层发挥优异的摩擦学性能提供理论基础。     

激光熔覆高温自润滑覆层的摩擦学特性

采用激光熔覆技术制备了Ni3Al–BaF2/CaF2–Ag基高温自润滑耐磨覆层,考察了覆层在不同温度下的摩擦学性能及高温自润滑机理。结果表明,对复合粉末的预先机械合金化处理,改善了覆层组织的相容性及覆层的摩擦学性能。在室温至800℃的宽温域范围内,覆层的摩擦因数及磨损率分别在0.30～0.34及(2.6～8)×10-5 mm3/m.N之间波动,覆层表现出较平稳的摩擦磨损性能。在中低温度摩擦时,磨损形式主要为微断裂及磨粒磨损;在600℃及以上温度摩擦时,磨损形式受润滑相的热软化与Ni3Al粘结相的摩擦氧化反应共同作用的控制。