多界面CrN/CrAlN涂层在海水环境中的腐蚀磨损性能研究

目的 通过多界面结构CrN/CrAlN涂层来提高316不锈钢在海水中的耐腐蚀磨损性能.方法 采用多弧离子镀技术在316不锈钢基底表面制备CrAlN单层和CrN/CrAlN多层涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备表征涂层的微观结构和相组成;借助纳米压痕仪及划痕仪分别测...     

CrN涂层对中碳轴承钢摩擦磨损性能的影响

为了改善钟形壳用中碳轴承钢的耐磨性能,采用磁控溅射技术在中碳轴承钢表面制备了CrN涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等对比分析了有无涂层的中碳轴承钢的微观形貌、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:中碳轴承钢热处理后的组织为回火马氏体,硬度为589. 2 HV0. 5,表面沉积CrN涂层后,硬度达到了756. 9 HV0. 5。该涂层由CrN和Cr_2N相构成,结构致密,厚度约5. 891μm。在相同摩擦磨损条件下,涂层试样比无涂层试样的磨损量减少了约35. 6%。涂层试样的主要磨损机制为氧化黏着磨损,而无涂层试样则为氧化黏着磨损和磨粒磨损。     

GNiCr40Al3Ti合金表面Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境中的摩擦磨损性能

目的 在去离子水环境中,研究GNiCr40Al3Ti合金表面制备的铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)、氮化铬铝(CrAlN)和氮化铬(CrN)等薄膜的摩擦磨损性能。方法 在GNiCr40Al3Ti合金表面采用离子源辅助非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜,采用多弧离子镀技术制备CrAlN薄膜和CrN薄膜。利用冷场发射扫描电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪,对薄膜的微观结构和形貌进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪等,对薄膜的硬度、摩擦磨损性能、磨痕二维轮廓等进行研究。结果 在10 h连续的去离子水环境摩擦过程中,CrN薄膜的平均摩擦系数最低,仅为0.17,比GNiCr40Al3Ti合金的摩擦系数降低了54%。与GNiCr40Al3Ti合金相比,其表面制备的Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境摩擦条件下都减小了磨损体积,其中,CrN薄膜表现出最好的耐磨性,磨损体积为0.017 mm³,仅为GNiCr40Al3Ti合金磨损体积的0.18%。Cr-DLC薄膜与CrAlN薄膜的耐磨性不及CrN薄膜,主要是由薄膜的微观结构造成的,Cr-DLC薄膜的柱状疏松结构造成薄膜过早的被磨穿,CrAlN薄膜中存在的Cr相引起薄膜硬度降低,从而降低了抗剪切的能力。结论 在去离子水环境中,CrN薄膜具有最低的摩擦系数和最佳的耐磨性。     

扩散铝涂层对TiAl合金高温摩擦磨损性能的影响

利用多弧离子镀技术在TiAl合金表面制备镀铝层,并进行720℃×4 h高温扩散处理。采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,测试了其显微硬度和耐磨性。结果表明:TiAl合金表面离子镀铝后,形成致密的纯铝层;经扩散处理后,膜层中纯铝相消失,形成了表面氧化层Al2O3和中间扩散层TiAl3,膜层硬度明显增加,显著提高了TiAl合金基材的抗高温摩擦磨损性能。     

离子渗氮对多弧离子镀CrN涂层摩擦学性能的影响

目的 采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面CrN涂层的耐磨性能。方法 首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质CrN涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌,采用划痕试验测试涂层与基体的结合力,采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度,通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果 经离子渗氮后,40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV,渗层深度达到0.30 mm;多弧离子镀CrN涂层的表面硬度为2 380HV,厚度为33 μm,涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明,40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92,磨损量为43.1 mg,磨痕宽度和深度分别为1 805、224 μm;经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68,磨损量为28.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为1 260、156 μm;未强化基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.55,磨损量为19.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为884、89 μm,在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象;经强化后基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.42,磨损量为2.6 mg,磨痕的宽度和深度分别为328、16 μm,未出现涂层剥落现象。结论 采用离子渗氮强化基体的方法,使基体、渗氮层、CrN涂层形成了硬度梯度,提高了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性能,避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。     

CrN和CrAlN薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能

采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢(1Cr18Mn8Ni5N)基材上制备了CrN和CrAlN薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构和力学性能进行了测试分析.利用球-盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察了两种薄膜在不同介质(空气、自来水、oil-1 (TAO-40)及oil-2 (150BS))中和Al2O3球对磨的摩擦学性能.结果表明:CrN薄膜中Al元素的掺杂并未改变薄膜晶体结构,但却降低了薄膜的表面粗糙度、增强了薄膜的致密性、提高了薄膜的力学性能、改善了水润滑和油润滑条件下薄膜的摩擦学性能.由于CrN和CrAlN薄膜的摩擦磨损性能显著依赖于测试介质,因此重点讨论了它们在不同介质中的摩擦磨损机理.     

空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN靠层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比．结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料．从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

离子源增强电弧离子镀活塞环表面CrN涂层的制备

为了寻求发动机核心部件活塞环上电镀硬铬的替代技术,采用自行设计的离子源增强阴极电弧离子镀系统,在W18Cr4V高速钢试块上制备了不同厚度的CrN涂层,用XRD、SEM分析涂层的晶体结构、表面形貌和厚度;利用显微硬度计和球盘式摩擦仪分析了涂层厚度对力学性能的影响。结果表明:随着厚度的增加,CrN涂层结晶结构没有明显变化,2.5μm厚CrN涂层硬度达1 900 HV0.05,最低摩擦因数0.6,最低磨损速率2.664×10~(-6) mm~3/N·m。对CrN涂层和电镀硬铬ASL817钢质活塞环进行珩磨测试,在珩磨2 400次之后,CrN涂层钢质活塞环出现较大孔洞(50μm),但没有涂层脱落,具有良好的附着力,工作间隙变化不大;电镀硬铬活塞环涂层磨损较CrN涂层严重,工作间隙开始变大;珩磨12 000次后电镀硬铬活塞环工作间隙达到允许最大值,CrN涂层活塞环依保持正常工作间隙,耐磨性更好。     

CrN过渡层对CrWN涂层结构和力学性能的影响

为改善CrWN涂层力学性能,采用多弧离子镀技术,在硬质合金和不锈钢基底上沉积不同厚度CrN过渡层的CrWN涂层.分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对涂层的物相结构、表面及截面形貌、显微硬度、结合强度进行分析.结果表明:CrWN涂层主要呈CrN面心立方多晶结构,并含有W置换Cr...     

不同载荷下镍基自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为了拓展所制备的镍基自润滑耐磨复合涂层的应用领域,基于前期研究基础,在HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究涂层在300℃不同载荷下的摩擦磨损行为,利用SEM和EDS对磨损表面进行了形貌观察与成分分析,研究其摩擦磨损机理。结果表明:该复合涂层的摩擦系数及磨损率都随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势;当载荷较低(2 N)时,涂层的磨损表面出现少量分散的磨屑;在中等载荷(5 N)下,磨损表面光滑平整,涂层中的润滑颗粒被挤压出磨损表面形成润滑膜,导致涂层具有良好摩擦磨损性能;随着载荷的增大,达到10 N时,磨损表面出现犁沟及部分由于硬质相碳化物和润滑颗粒剥落而形成的凹坑。     

非晶碳涂层在不同环境下的摩擦磨损行为研究

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅表面制备梯度变化的非晶碳涂层（类金刚石薄膜），通过调整工艺参数获得厚度在1～2μm的非晶碳涂层；采用球-盘式摩擦磨损试验机探讨了非晶碳涂层在干燥空气、水润滑和油润滑环境下的摩擦磨损行为。结果表明：非晶碳涂层的摩擦因数基本保持在0．1左右，摩擦环境的变化对涂层的磨损率影响较大；非晶碳涂层在水润滑环境中的磨损率在10^-7mm^3/Nm数量级；在干燥空气摩擦环境中具有稳定的耐磨损性能，磨损率在10^-9mm^3/Nm数量级；特别在油润滑的环境下，非晶碳涂层的耐磨损性能更加优异。     

含硅无氢非晶碳基薄膜的摩擦磨损性能

为了研究Si掺杂对无氢非晶碳基薄膜摩擦磨损性能的影响,利用直流磁控溅射技术在单晶硅和304不锈钢基底上沉积不同Si含量的无氢非晶碳基薄膜。采用SEM、Raman光谱、纳米压痕仪等分析手段对薄膜的成分、结构和力学性能进行表征。利用球盘式往复摩擦试验机测试薄膜在无润滑条件下的滑动摩擦磨损性能。结果表明:Si掺杂能降低薄膜内应力和促进sp3杂化,高于10%的Si原子导致薄膜硬度增加。在不同湿度条件下,Si掺杂并未明显影响溅射无氢非晶碳基薄膜的摩擦因数;相反,含Si薄膜在不同测试条件下都具有较高的磨损速率。薄膜磨损速率随相对湿度增加而减小,随Si含量增加而增加;高Si含量薄膜在低湿度条件下具有明显不稳定的摩擦因数和显著增加的磨损速率。这意味着在设计和发展性能优异的无氢非晶碳基摩擦学涂层时,应充分考虑Si掺杂导致的性能损失。     

不同Ti含量类石墨碳膜干摩擦磨损性能研究

目的提高高速钢的干摩擦学性能,探究不同Ti含量掺杂对类石墨碳膜摩擦性能的影响。方法用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同Ti含量的类石墨碳膜,用光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱、洛氏硬度计、纳米压痕仪等分析薄膜的微观结构和力学性能,用高速线性往复磨损试验机检测薄膜的干摩擦学性能,并用光学显微镜观察磨痕。结果制备的碳膜表面颗粒尺寸较小,断面致密,且逐渐趋向柱状结构。随着Ti靶溅射电流的增大,逐渐增加的Ti元素打断了sp~3键生长,薄膜中生成更稳定的sp~2键,且sp~2键含量先增大后减小,在0.8 A达到最大,溅射电流为1.1 A时,Ti元素含量最大,sp~2键和sp~3键都减少。碳膜与基体结合力随着Ti靶电流变大而先增大后减小,在0.8 A结合最佳,约为HF3级。硬度和弹性模量先减小后增加,0.8 A时达到最小。碳膜摩擦系数相比于原样都较低,在0.09~0.12之间。磨损率先增大后减小,维持在(5~15)×10~(-16) m~3/(N·m)左右。结论不同Ti含量的类石墨碳膜,能明显降低高速钢与钢球对磨的粘着磨损倾向,降低摩擦系数和磨损率。     

Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦磨损性能

目的研究摩擦速度、载荷及加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜摩擦磨损性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体表面镀上Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。通过摩擦磨损实验,评价该多层膜的摩擦磨损性能。利用纳米压痕测试和拉曼光谱检测,研究该多层膜在不同加热温度下的硬度、弹性模量和结构成分。利用扫描电镜及表面轮廓仪分别对该多层膜的磨痕形貌和横截面轮廓进行分析。结果随着摩擦速度的增大,Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先减后增的趋势。不同载荷下的摩擦系数变化幅度较小,磨损率和磨损体积随着载荷的增大呈增加的趋势。随着加热温度的升高,摩擦系数呈下降趋势,磨损率和磨损体积呈先增后减的趋势。此外,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,硬度和弹性模量随之呈先增后减的趋势。结论较高摩擦速度下,多层膜表层DLC膜石墨化趋势增强,摩擦系数变化幅度较大,且表面磨痕宽度和深度显著增加,磨损加剧。多层膜中软质的Ti金属层和硬质的DLC层,能有效提高多层膜在高载荷下的摩擦磨损性能。随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多,摩擦过程更易生成转移膜。     

Effect of Axial Magnetic Field on the Microstructure and Mechanical Properties of CrN Films Deposited by Arc Ion Plating

CrN films were deposited on the high-speed-steel substrates by arc ion plating. The effect of an axial magnetic field on the microstructure and mechanical properties was investigated. The chemical composition, microstructure, surface morphology, surface roughness, hardness and film/substrate adhesion of the film were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscope(SEM), surface morphology analyzer, Vickers microhardness test and scratch test. The results showed that the magnetic field puts much effect on the microstructure,chemical composition, hardness and film/substrate adhesion of the Cr N films. The N content increases and Cr content decreases when the magnetic flux density increases from 0 to 30 m T. All of the Cr N films were found to be substoichiometric. With an increase in the magnetic flux density, the film structures change in such way: Cr_2N →Cr_(2-N)+CrN→CrN+Cr_2N→CrN.The SEM results showed that the number of macroparticles(MPs) on the film surface is significantly reduced when the magnetic flux density increases to 10 mT or higher. The surface roughness decreases with the magnetic field, which is attributed to the fewer MPs and sputtered craters on the film surface. The hardness value increases from 2074 HV_(0.025) at 0 mT(without magnetic field) and reaches a maximum value of 2509 HV_(0.025) at 10 m T.The further increase in the magnetic flux density leads to a decrease in the film hardness. The critical load of film/substrate adhesion shows a monotonous increase with the increase in magnetic flux density.     

碳管对Ni-P镀层摩擦磨损特性的影响

用电刷镀工艺制备了碳管加入量分别为0、0.5、1、2g/L的Ni-P/CNT复合镀层,取其一半进行400℃×1h热处理,从而获得晶态Ni-P/CNT复合镀层.然后对以上二种复合镀层的摩擦磨损特性进行研究.结果表明:碳管的加入减小了镀层的摩擦系数和磨损质量损失,而且碳管加入量越大,摩擦系数和磨损质量损失越小;即使在重摩擦条件下(高的载荷×滑动速度),摩擦系数和磨损质量损失增加幅度不大或基本保持不变.非晶镀层在低载低速磨损中以犁削磨损机制为主,而高载高速时以粘着机制为主;晶态Ni-P镀层主要是脆性剥落,而晶态碳管复合镀层主要是表层塑性变形和微犁削.