激光熔敷Ti5Si3增强金属间化合物耐磨复合材料涂层组织及耐磨性研究

以Ni-59Ti-21Si合金粉为原料，利用激光熔敷技术在BT9钛合金表面制备了含Ti5Si3金属间化合物的耐磨复合材料涂层，利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜，能量色散谱仪及X射线衍射仪观察分析了复合材料涂层的显微组织结构，同时考察了复合材料涂层在室温滑动干摩擦条件下的耐磨性能。结果表明：复合材料涂层主要组织包括Ti6Si3增强相、金属间化合物NiTi2与少量β钛基固溶体与Ti5Si3共晶；其组织结构均匀，为基体之间为完全冶金结合；复合材料涂层具有硬度高、抗粘着磨损能力强的特点，在滑动干摩擦试验条件下表现出优异的耐磨性及良好的承载能力；其摩损质量损失随载荷增大变化很小。     

钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究

利用双层辉光离子渗金属技术,以纯铝作为源极,氩气为工作气体,利用不等电位空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)表面渗铝,形成均匀致密的钛铝合金扩散层,采用WTM-1型球-盘摩擦磨损试验机对钛合金表面钛铝合金扩散层的摩擦性能进行研究,用显微硬度仪测量渗层的显微硬度,并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析钛铝合金扩散层的截面形貌和相结构.结果表明:在Ti6Al4V合金基材表面形成厚20 μm的钛铝合金扩散层,其表面显微硬度达810HV;钛铝合金扩散层主要由金属间化合物Ti3Al和TiAl组成;钛铝合金扩散层可以显著提高钛合金表面的摩擦性能,摩擦系数从0.35左右降至0.15,抗磨损性能大幅提高.     

激光熔覆NiCr-ZrB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层和NiCr-ZrB2复合涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成、组织结构和晶体结构.在SRV-IV摩擦磨损试验机上对NiCr-ZrB2复合涂层从20到500℃的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:NiCr-ZrB2复合涂层的主要物相组成为[Ni,Ti]固溶体、Cr2Ti、ZrB2、ZrB、Ni3Cr2、Ti2Cr、TiB2和TiB;涂层厚约0.7～1.0 mm;涂层平均硬度约为HV0.21000,是纯钛基材的5.3倍;NiCr-ZrB2复合涂层的摩擦系数和磨损体积随温度的增加而减小,高温耐磨性能相对于钛基材提高约1个数量级;NiCr-ZrB2复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损,高温下伴有氧化磨损和摩擦抛光现象.     

纳米Al2O3填充端异氰酸酯基聚丁二烯橡胶-环氧树脂复合涂层的干滑动摩擦磨损性能研究

采用丁二烯合成出端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶,采用端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶与环氧树脂E51反应制备端异氰酸酯基液体聚丁二烯橡胶-环氧树脂聚合物(ETPB),同时在其中进一步填充5%和10%(质量分数)纳米Al2O3,在45#钢底材上制备出环氧树脂、改性环氧树脂及填充5%和10%纳米Al2O3的聚合物复合涂层,在MRH-3型高速环-块摩擦磨损试验机上评价了4种涂层在干滑动条件下的摩擦磨损性能.结果表明:通过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性环氧树脂可以提高环氧树脂涂层的力学性能及其抗磨性;填充5%和10%纳米Al2O3可以有效提高ETPB涂层的抗磨损性能;随着载荷和滑动速度的增加,ETPB涂层的磨损率明显增大;纳米Al2O3填充ETPB涂层的磨损率随载荷和滑动速度增加基本不变;4种涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的变化不大;E51环氧树脂基聚合物复合涂层的磨损机理为脆性断裂和剥层磨损.     

Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的干摩擦学性能对比研究

本文以商业Ti-6Al-4V合金为参照,考察了Ti-46Al-2Cr-2Nb(原子比)金属间化合物在不同载荷和速率下的干摩擦学行为,结果表明:Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的摩擦系数几乎相同,而Ti-46Al-2Cr-2Nb金属间化合物比Ti-6Al-4V具有更好的抗磨性;Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的磨损率均随载荷的增加而增加,Ti-46Al-2Cr-2Nb合金磨损率随滑动速率增加而增加,Ti-6Al-4V合金磨损率却随滑动速率增加呈下降直至稳定的趋势;Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的磨损机制主要为疲劳磨损,Ti-6Al-4V合金的磨损机制为塑性变形,犁沟和剥落.     

等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层组织与耐磨性研究

利用等离子熔敷技术,以Fe-Cr-C合金粉末为原料在正火态C级钢表面制备出Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层,分析了复合涂层的显微组织结构,评价了复合涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性.结果表明:等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层的组织均匀、与基材之间为完全冶金结合,涂层显微组织为规则块状Cr7C3金属陶瓷相均匀分布于Cr7C3与γ-Fe固溶体构成的共晶基体上,其硬度较高;涂层在室温干滑动磨损条件下表现出优异的耐磨性,复合涂层磨损质量损失随载荷增加变化缓慢.     

Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比对热扩散反应合成铝基复合材料磨损性能的影响

利用Al-TiO2-B2O3体系热扩散反应合成(XD)法制备了铝基复合材料;采用销-盘摩擦磨损试验机考察了所制备的铝基复合材料在干摩擦条件下同GCr15钢配副时的磨损性能;采用扫描电子显微镜和光学金相显微镜观察分析了复合材料微观组织结构及其磨损表面和剖面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明:所制备的铝基复合材料的磨损性能随Al-TiO2-B2O3反应体系中B2O3/TiO2摩尔比的增加而提高;复合材料的磨损质量损失随着滑动速度的增加而增加,当滑动速度为0.9 m/s左右时最大,随后开始减小;磨损质量损失与滑动距离基本呈线性关系.当B2O3/TiO2摩尔比为0.0时,增强相由Al2O3和Al3Ti组成,相应的复合材料的抗磨性能较差,其磨损主要表现为Al3Ti的犁沟切削、亚表层剥落、塑性基体流失导致Al2O3颗粒裸露脱落以及Al3Ti棒断裂导致的磨粒磨损;加入B2O3后,棒状Al3Ti的数量减少,有利于基体晶粒细化,提高复合材料强度和塑性,故抗磨性能提高.当B2O3/TiO2摩尔比为1.0时,复合材料中的Al3Ti基本消失,抗磨性能显著改善,主要磨损机制为粘着磨损和轻微磨粒磨损.     

高速电弧喷涂Fe-Al涂层的高温磨损特性

采用滑动磨损试验方法考察了高速电弧喷涂Fe-Al金属间化合物涂层与Si3N4陶瓷球配副在室温～650 ℃下的摩擦磨损特性,并探讨了涂层的高温摩擦磨损机理.结果表明,随着试验温度的升高,Fe-Al涂层的摩擦系数降低,耐磨性明显提高.在高温下涂层滑动摩擦系数降低的主要原因在于磨损表面发生摩擦氧化反应,从而形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,涂层在高温下主要呈现剥层磨损特征,涂层组分Fe3Al和FeAl金属间化合物的高温强度和硬度较高,能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂,从而使得Fe-Al涂层表现出优异的高温耐磨性.     

感应熔覆原位合成TiC增强金属基复合涂层组织与抗磨性能的研究

以Ni60A、Ti粉和石墨粉为原料,利用感应熔覆技术在16Mn钢基材表面制备出原位自生TiC颗粒增强金属基复合涂层,分析了涂层的显微组织,在常温干滑动摩擦条件下评价了涂层的耐磨性能.结果表明:复合涂层由TiC颗粒、γ-Ni奥氏体枝晶和枝晶间M23C6共晶组织组成;随着载荷增加,感应熔覆涂层磨损质量损失缓慢增大,16Mn钢磨损质量损失迅速增大,熔覆涂层具有优异的抗磨性能,其磨损机制主要为擦伤式磨损.     

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能

基于机器人自动化高速电弧喷涂技术在45#钢基体上制备了铁基纳米结构涂层.研究了纳米结构涂层在不同磨损速度?不同载荷下的磨损行为,并利用3Cr13涂层进行对比试验.采用扫描电镜?能谱分析仪,透射电镜和X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析.结果表明:涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;平均尺寸为46nm的α(Fe,Cr)相纳米晶均匀分布于非晶基体内.涂层的组织均匀,结构致密,平均孔隙率含量为1.7%.纳米结构涂层具有较高的显微硬度;随着磨损速度升高,载荷增加,纳米结构涂层的磨损量也随之增加.纳米结构涂层具有良好的耐磨性,同一磨损条件下,其相对耐磨性为3Cr13涂层的2.6倍.纳米结构涂层主要磨损机制为脆性断裂机制.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

反应烧结Ti3SiC2材料的载流摩擦磨损性能

采用HST-100型摩擦磨损试验机,研究了载流条件下法向载荷和电流对Ti3SiC2材料摩擦磨损性能的影响,同时借助JSM-6700F型扫描电子显微镜研究了Ti3SiC2材料的磨损机理.结果表明:当电流为0 A时,Ti3SiC2材料磨损主要以机械磨损为主,随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,在120 N时达到最小值0.32.在载流条件下,Ti3SiC2材料磨损主要以电弧烧蚀和机械磨损为主,随法向载荷的增加摩擦率逐渐减小,在120 N时磨损率接近于非载流条件下单纯的机械磨损量2.2×10-6mm3/(N.m).在高载荷和不同电流条件下,Ti3SiC2材料均表现出良好的载流摩擦磨损性能.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能

以近等原子比的NiTi合金粉末为原料,利用连续波高功率Nd-YAG激光器在6061Al合金表面制备了Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层,采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机分析了合金化层的组织形貌、结构、成分、硬度分布及磨损性能.研究结果表明,该激光表面改性层主要由Ni3Al和TiAl3金属间化合物组成;采用合适的保护措施和激光处理工艺参数,可控制改性层产生孔洞和裂纹倾向,从而获得与基体具有良好冶金结合的致密金属间化合物合金激光改性层;与此同时,Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层可有效地改善铝合金的抗磨性能.     

Al含量对FeCrNiCoCu高熵合金涂层组织结构及冲蚀性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)制备不同Al含量的Al_xFeCrNiCoCu(x=0,1,2,3)高熵合金涂层.通过XRD、SEM和冲蚀磨损等检测方法,研究了Al含量对该高熵合金涂层的组织及冲蚀磨损性能的影响.结果表明:FeCrNiCoCu高熵合金的微观组织主要为简单FCC结构的富Cu相及富Al相.随着Al元素增加,涂层的微观结构出现由FCC向BCC的转变.同时,涂层的硬度、耐冲蚀性也显著提高.随着冲蚀角度的增加,涂层的冲蚀磨损量逐渐增加,表现出脆性材料的冲蚀磨损特性.在冲蚀角度为90°时,随着Al元素的增加,涂层的主要冲蚀磨损机理逐渐由微切削和锻造挤压转变为犁削.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.     

纳米MoS2薄膜的浸涂—热解法制备和摩擦学性能研究

用浸涂 -热解法在玻璃基底表面制备了纳米 Mo S2 薄膜 ,利用 X射线光电子能谱仪、X射线粉末衍射仪、原子力显微镜、静 -动摩擦系数测量仪和扫描电子显微镜等仪器研究了薄膜的微观结构、表面形貌和摩擦学性能 ,初步探讨了薄膜的摩擦磨损机制 .结果表明 :浸涂 -热解法制备的 Mo S2 薄膜由近似非晶的纳米微晶组成 ,薄膜均匀、致密 ,表面粗糙度小 ;在室温干摩擦条件下 ,Mo S2 薄膜与 GCr15钢球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能 ;当负荷为 1.0 N而滑动速度为 90 mm/ min时 ,其耐磨寿命大于 5 0 0 0次 ,摩擦系数最低可达 0 .12 .磨损表面形貌显微分析表明 :在低速和低负荷下薄膜的磨损机制主要是塑性变形和轻微粘着转移 ,而在较负荷和速度下的主要磨损机制为塑性变形和严重剥落     

等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2涂层在干摩擦条件下的磨损机制转变图

研究了等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层/WC硬质合金在干摩擦条件下,载荷为10～100 N和速度为0.1～0.5 m/s范围内涂层的磨损行为,并通过对涂层磨损表面的显微分析,建立了这种涂层的磨损机制转变图.结果表明:等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层在低载荷低滑动速度条件下,即涂层的磨损率在0.1～1.0 mg/m条件下,磨损机制主要是塑性变形和显微犁削;在中速中载下,即涂层的磨损率在1.0～3.0 mg/m条件下,磨损机制主要是涂层的轻微断裂和颗粒剥落;在高速高载下,即涂层的磨损率在大于3.0 mg/m的条件下,磨损机制主要是涂层的断裂和剥层.     

速度和载荷对脂润滑2Cr13钢离子渗氮层摩擦学行为的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机对不同速度和载荷条件下 PFPE脂润滑2Cr13钢离子渗氮层进行了系统的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的成分进行分析.结果表明:随着载荷和滑动速度的增加,脂润滑渗氮层的磨损机制由轻微磨损向轻微复合磨损机制转变.在真空摩擦磨损过程中2Cr13钢离子渗氮层与PFPE润滑脂发生化学反应,并有FeF3生成,促进PFPE润滑脂发生降解,形成酸性的氟化物.增加载荷和速度会加速渗氮层与润滑脂之间的反应,进一步促进润滑脂的降解.