热丝激光熔覆17–4PH涂层组织与腐蚀磨损性能

目的 在低碳钢表面高效制备沉淀硬化马氏体不锈钢涂层,研究涂层在腐蚀磨损苛刻条件下耦合损伤行为。方法 采用热丝激光熔覆技术在20钢基材表面制备17–4PH马氏体不锈钢涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织,采用电化学腐蚀摩擦磨损试验仪对涂层的摩擦磨损、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)及腐蚀磨损耦合行为进行研究。结果 制备的涂层组织均匀、致密,无裂纹、气孔等缺陷,主要由马氏体相组成。熔覆区的平均硬度约为310HV0.1,约是基材硬度的1.5倍,自腐蚀电流密度为6.583×10^?8 A/cm²,具有优异的耐蚀性。在3.5%NaCl溶液中,随摩擦载荷的增加,涂层的开路电位下降,摩擦因数增大,自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,摩擦对腐蚀促进作用明显。结论 热材激光熔覆技术节能、高效,制备的17–4PH涂层结构致密、性能优异,可用于在腐蚀磨损苛刻环境下零部件的表面改性。     

表面微坑复合MoS2镍基涂层及摩擦磨损性能研究

目的 为解决硬质涂层抗磨与减摩性能难以兼顾的难题,提出并制备出具有优异减摩耐磨性能的表面微坑复合MoS2镍基涂层结构,为抗磨减摩性能统一的涂层设计提供重要依据。方法 以42CrMo轴承钢为基体,采用两种加工方法(在42CrMo轴承钢表面采用激光熔覆制备镍基涂层,在涂层表面电火花加工微坑织构)制备表面微坑复合MoS2镍基涂层,通过球-盘摩擦磨损试验(GCr15对磨球)分别测试3种载荷(2、4、6 N)下42CrMo轴承钢、42CrMo轴承钢表面镍基涂层和表面微坑复合MoS2镍基复合涂层试样的摩擦学性能,并通过先进测试技术(XRD、SEM)分析复合涂层的组织结构及磨痕微观形貌。结果 在不同载荷工况下,镍基涂层的磨损率远小于42CrMo轴承钢,表面微坑复合MoS2镍基涂层的摩擦因数和磨损率均小于镍基涂层和42CrMo轴承钢,在4 N载荷工况下,镍基-MoS2复合涂层具有最低摩擦因数,达到0.36,磨损率为7.41×10^?7 mm³/(N.m),比镍基涂层试样(26.621 0^?7 mm³/(N.m))降低了72.09%。结论 表面微坑复合MoS2镍基涂层结构中涂层与环氧树脂粘结MoS2固体润滑剂可独立高效发挥自身耐磨、减摩特性,并在不同载荷下发挥协同作用,两种方法复合处理能得到具有良好减摩耐磨性能的表面。     

Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层制备及高温摩擦学行为研究

目的 基于表面耐高温薄膜和高承载金属陶瓷涂层性能优势协同的设计思想,制备Cr3C2-NiCr/ TiSiN-CrAlN复合涂层,提高硬质薄膜机械性能和不同温度下的摩擦学性能。方法 采用超音速火焰喷涂(HVOF)和电弧离子镀(AIP)技术制备Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压入仪、划痕仪和高温摩擦磨损试验机等对复合涂层的微观结构、机械性能和不同温度下的摩擦磨损行为进行系统研究。结果 Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层微观结构致密,界面结合良好,其顶层耐高温薄膜由CrAlN结合层和TiSiN-CrAlN交替多层构成,总厚度约6.7 μm,低于不锈钢表面直接沉积TiSiN-CrAlN薄膜的厚度(约9.6 μm)。Cr3C2-NiCr支撑层微观结构和形貌影响其表面沉积TiSiN-CrAlN薄膜的结晶性。Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有优异的机械性能,其纳米硬度和弹性模量分别高达(37.3±2.6)GPa和(506.1±10.6)GPa,结合力相比不锈钢表面TiSiN-CrAlN多层膜显著提高。得益于Cr3C2-NiCr支撑层的引入,复合涂层在不同温度下的摩擦因数和磨损率均比单一薄膜的低,其摩擦因数在900 ℃下可稳定保持在0.44左右,磨损率约为3.13×10^?5 mm³/(N.m),表现出良好的高温摩擦学性能。此外,磨损机制分析表明,500 ℃以下主要为磨粒磨损和黏着磨损,摩擦因数较大、不稳定,但磨损率基本不变;700 ℃时由于Cr3C2-NiCr层的支撑作用而无明显的疲劳磨损,氧化磨损发生;900 ℃时氧化磨损主导,摩擦界面生成主要成分为TiO2、Cr2O3的摩擦反应膜。结论 采用HVOF和PVD相结合的方法在不锈钢表面制备的Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有良好的机械性能和优异的高温摩擦学性能,可进一步改善耐高温薄膜的综合性能,具有良好的应用前景。     

TiN/Ag涂层在真空环境下的摩擦学行为

目的 银具有低的剪切强度,可以降低涂层的摩擦磨损,在TiN硬质涂层中引入软金属Ag,以期拓展其在摩擦学领域的应用范围.方法 采用多弧离子镀沉积技术,在SUS304不锈钢基底上成功制备了TiN/Ag复合涂层.利用扫描电子显微镜、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了TiN/Ag涂层的微观结构和机械性能.利用CSM(大气)和HVTRB(真空)摩擦磨损试验机评估了TiN/Ag涂层的摩擦学性能.结果 TiN/Ag涂层结构致密,厚度为1.2μm,硬度约为28.4 GPa.摩擦学测试表明,真空环境下的摩擦因数远低于大气环境下的摩擦因数,大气环境下的磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损,而真空环境下主要表现为机械抛光及摩擦转移膜.真空环境下TiN/Ag涂层不同载荷下的摩擦试验表明,1 N载荷条件下,摩擦因数值低至0.07,且涂层发生轻微磨损;3 N载荷条件下,机械能和热应力使得摩擦界面中的Ag发生扩散,摩擦因数迅速增加到0.42左右;5 N载荷条件下,摩擦因数呈现较明显的波动,随着滑动次数的增加,摩擦因数最高达到1.0,涂层表面发生软化形成犁沟效应,而导致涂层失效.结论 TiN/Ag涂层中Ag掺杂可显著降低涂层的内应力,抑制摩擦过程中涂层微裂纹的扩展,适当载荷下能够有效地改善TiN硬质涂层真空下的摩擦学性能.     

ZrO2填充PI/EP–PTFE固体润滑涂层的制备及其摩擦学性能

目的 提高发动机铝合金轴瓦在温升的油润滑甚至干摩擦工况下的摩擦磨损性能。方法 设计4种不同添加量的ZrO2填充PI/EP–PTFE涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金基体表面制备涂层。通过摩擦磨损试验、纳米压痕试验、形貌特征及元素分布等测试试验,研究涂层在不同温度及不同润滑方式下的摩擦磨损性能。结果 涂层的硬度随ZrO2添加量的增加呈先增后减的趋势。在室温干摩擦工况下,涂层磨损率随ZrO2添加量的增加呈先减后增的趋势。当ZrO2添加量超过8%时,涂层进入动态平衡阶段的时间变长。4%ZrO2添加量的涂层性能最佳,室温干摩擦因数和磨损率分别为0.09和1.01×10^?6mm³/(N.m)。随着温度增加,摩擦因数呈先增后减的趋势,磨损率呈逐渐上升趋势。当ZrO2质量分数小于4%时,室温工况下涂层以黏着磨损为主;当添加量高于8%时,磨损机制以磨粒磨损为主。随着温度增加,涂层犁沟和磨损坑道更加明显。在油润滑工况下,摩擦因数和磨损量进一步减小。8 h油润滑和30 min干摩擦试验后,涂层出现磨痕深度高度相近,宽度不同现象。结论 在温升和不同摩擦接触状态下,涂层中高分子材料和ZrO2软化程度不均匀、大颗粒材料团聚、润滑油黏温特性是导致上述摩擦磨损变化的主要原因。     

a-C∶H和ta-C涂层对7075铝合金的摩擦学特性

为了评估 a-C ∶H 和 ta-C 涂层应用于铝合金干式切削刀具表面防护的可行性,在 M2 高速钢基底上,用 RFPECVD 方法沉积 a-C ∶H 涂层,用磁过滤阴极真空电弧方法沉积了 ta-C 涂层。 通过热重试验观测两种涂层在升温过程中的质量变化。 将这两种涂层在大气环境退火,用拉曼光谱等方法表征涂层的结构,用纳米压痕法测量涂层硬度。 通过大气环境下的球盘摩擦磨损试验,比较 a-C ∶H 和 ta-C 涂层的对7075 铝合金摩擦学性能。 结果显示:经过 400 ℃退火,a-C ∶H 涂层硬度从24. 8 GPa 下降至 20. 0 GPa,ta-C 涂层硬度从 28. 7 GPa 增加至 30. 8 GPa;a-C ∶H 涂层对7075 铝合金的摩擦因数从 0. 17 下降至 0. 14,ta-C 涂层摩擦因数保持不变为 0. 12;a-C ∶H 涂层磨损率从1. 9×10 ^-15 m ²·N ^-1上升至 2. 4×10 ^-15 m ²·N ^-1 ,ta-C 涂层磨损率从 8. 0×10 ^-16 m ²·N ^-1上升至 9. 2×10 ^-16 m ²·N ^-1 。当采用 7075 铝合金为对偶摩擦件时,ta-C 具有比 a-C ∶H 涂层更低的摩擦因数和磨损率,而且随温度变化更稳定,因此 ta-C 是一种更有前途的铝合金干式切削刀具防护涂层。     

钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2(AT40)陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能量分散谱仪(EDS)，对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10^–5 mm³/(N.m)和(37.2±0.01)×10^–5 mm³/(N.m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10^–5 mm³/(N.m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。结论 AT40陶瓷涂层在200 ℃和350 ℃的磨损机制主要为微区脆性断裂，在500 ℃时的磨损机制表现为裂纹扩展引起的分层剥落和轻微磨料磨损。     

退火热处理对Cr3C2-FeCrBSi涂层摩擦磨损性能的影响

目的 针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr3C2-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性。方法 利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr3C2-FeCrBSi的复合涂层,并在600、700、800 ℃进行退火处理后得到退火态涂层。利用XRD、SEM、显微硬度计、电子拉伸试验机、盘式摩擦磨损试验机和接触疲劳试验机,考察了不同陶瓷含量和不同退火温度下涂层的相组成、组织结构、机械性能、摩擦磨损性能和接触疲劳失效形式。结果 喷涂态涂层的显微硬度、结合强度随着Cr3C2含量的增加先上升后下降。当陶瓷相质量分数为10%时,复合涂层最佳,显微硬度、结合强度分别为459.6HV0.3、42.8 MPa。选取Cr3C2(质量分数10%)-FeCrBSi涂层经过退火处理后,涂层的硬度、断裂韧性、抗磨损性能均有提升,其中摩擦因数由原先的0.89降低至0.80~0.75。此外在700 ℃下退火3 h得到的涂层,显微硬度可达490.3HV0.3,断裂韧性由2.81 MPa∙m^1/2提升至3.15 MPa∙m^1/2,磨损率为6.80×10^‒14 m³/(N.m),与喷涂态涂层相比,磨损率降低了15%。喷涂态、退火态涂层的磨损机制均为磨粒磨损。接触疲劳试验结果表明,退火态复合涂层的接触疲劳失效形式主要有剥落和分层,同时剥落失效情况下涂层的接触疲劳寿命更长,可达2.07×10⁵转。结论 Cr3C2-FeCrBSi复合涂层良好的抗磨损和耐接触疲劳性能主要取决于Cr3C2硬质耐磨颗粒的加入。而退火热处理可以促进涂层向平衡态的转变、同时析出的二次碳化物(Cr, Fe)7C3起到沉淀强化的作用,使得退火态涂层具有更好的抗摩擦磨损性能。     

沉积偏压对MoN涂层结构和柴油中摩擦学性能的影响

目的 研究沉积偏压对MoN涂层微观结构、性能,以及在柴油介质中摩擦学行为的影响机制。方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢基体上沉积MoN涂层。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、X射线能谱仪、原子力显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力测试仪和电化学工作站研究MoN涂层的微观结构、成分、表面粗糙度、力学性能、耐腐蚀性能。利用球−盘式摩擦实验机和激光拉曼光谱仪对MoN涂层在0号柴油中的摩擦学行为及机制进行研究。结果 随着偏压的增加,涂层的厚度和膜−基结合力均呈先增大后减小的趋势;涂层的表面粗糙度、内应力和硬度呈先升高后降低的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层组织致密、表面光滑(Sa 7.78 nm)、硬度高(18.02 GPa)、膜−基结合力高(253 mN)。随着偏压的增加,涂层的摩擦因数呈先减小后增加的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层的摩擦因数和磨损率均最小,分别为0.10和1.8×10⁻⁷ mm³/(N∙m)。拉曼光谱分析结果表明,在摩擦催化作用下,柴油在磨痕表面产生了碳基膜。此外,通过电化学腐蚀分析发现,在偏压−120 V下沉积的γ-Mo2N涂层具有优异的耐腐蚀性能。结论 MoN涂层结构、性能受到偏压的影响显著。柴油在摩擦催化作用下发生了降解,形成了碳基膜,这有利于降低MoN涂层的摩擦因数和磨损率。     

石墨烯含量对激光熔覆镍基熔覆层组织和性能的影响

目的 研究石墨烯(Gr)含量对镍基熔覆层组织和性能的影响,通过分析Gr含量对复合熔覆层的影响规律来确定Gr的最佳添加含量,同时进行横向、纵向等2个方向上的摩擦磨损测试,以分析扫描方向对摩擦磨损性能的影响。方法 采用预置粉末法制备石墨烯/镍基(Gr/Ni60)合金熔覆层,并针对Gr的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1%的复合涂层进行物相检测、微观组织、显微硬度、摩擦性能等方面的分析。结果 Gr的加入没有引起镍基熔覆层相组成的变化,主要组成相为γ?Ni、Cr7C3、Cr23C6。随着Gr含量的增加,复合涂层晶粒尺寸逐渐减小,晶粒明显细化,显微硬度由623.12HV逐步提升到828.65HV,横向磨损平均摩擦因数从0.65降至0.48,磨损率从7.5×10^?5mm³/(N.m)降至3.6×10^?5mm³/(N.m)。纵向磨损平均摩擦因数从0.70降至0.58,磨损率从5.7×10^?5 mm³/(N.m)降至4.5×10^?5 mm³/(N.m)。当Gr的质量分数为1%时复合涂层的晶粒尺寸与Gr的质量分数为0.8%时相比有所增加,且硬度和摩擦性能略有下降。当Gr的质量分数为0.8%时,复合涂层具有更好的晶粒结构、显微硬度和耐磨性,且横向摩擦性能优于纵向摩擦性能。结论 在镍基熔覆层中添加Gr可以起到明显的强化作用,过量添加Gr会使熔覆层的显微硬度和摩擦性能下降,在添加Gr之前熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,加入Gr之后磨损机制转变为黏着磨损和氧化磨损,并伴随磨粒磨损。     

Tribological Behavior of In Situ TiC/Graphene/Graphite/Ti6Al4V Matrix Composite Through Laser Cladding

The TiC/graphene/graphite/Ti6Al4V composite coating was prepared by laser cladding.The microstructure and tribological behavior of the coating were studied.The in situ reaction between graphene and Ti occurred,and feathery TiC was formed.The feathery TiC was homogeneously distributed between α'acicular martensites which was refined with the addition of graphene.Some graphene was transformed into a11otrope graphite under the laser irradiation.The TiC hard particles and the self-lubrication of graphene/graphite improved the wear resistance of composite coating.The wear rate and friction coefficient of TiC/graphene/graphite/Ti6A14V composite coating decreased with the increase in sliding speed,a mechanical mixing layer (MML) was formed on the wear surface of the composite coating under the frictional heat,which protected the substrate and reduced the contact.Because of the self-lubricating properties of graphene/graphite,interlayer sliding occurred easily,which also effectively reduced friction.The wear rate of TiC/graphene/graphite/Ti6A14V composite coating increased with the increase in load,but the friction coefficient decreased.The plastic deformation of subsurface layer was more serious under high load,and a stable self-lubricating MML with a protective effect was formed between the wear interfaces,which reduced the friction coefficient.With the increase in load,the wear mechanism changed from abrasive and oxidation wear to delamination,fatigue and oxidation wear.     

不同环境下AlSiFeMm非晶纳米晶涂层摩擦磨损行为研究

目的研究AlSiFeMm(Mm为镍包混合稀土)非晶纳米晶涂层在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦磨损行为。方法采用Rtec(MFT-3000)往复式磨损试验机测试涂层在干摩擦条件和有腐蚀介质条件下的摩擦磨损性能,使用LEXTOL3000-IR非接触三维表面轮廓仪测定涂层的磨损体积和磨痕的三维形貌,利用扫描电子显微镜对磨痕进行形貌观察和成分分析。结果铝基非晶纳米晶涂层的摩擦系数随着载荷的增加而不断减小。干摩擦条件下,铝基非晶纳米晶涂层的磨损率随着载荷的增加而增大,当磨损速度为10 mm/s、载荷为15 N时,涂层相对耐磨性为6061铝合金的2.5倍,其磨损机制为脆性剥落、磨粒磨损,并伴随氧化磨损。在3.5%NaCl溶液中,涂层的磨损率随着载荷的增加而逐渐降低,当磨损速度为35 mm/s、载荷为30N时,涂层的耐磨性能约为6061铝合金的8倍,其失效机制主要为剥层磨损和腐蚀磨损。结论铝基非晶纳米晶复合涂层在干摩擦和腐蚀介质中均表现出较为优异的耐磨性能,可以作为轻质合金涂层应用于表面防护领域。     

不同双层结构AlCrN/AlCrVN多层涂层的力学和磨损性能

采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层,并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示,沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al,Cr)N组成,优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比,具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10^-11 m³/N·m）,以及较高的硬度（HK_0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（L_C2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面,有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示,当切削磨损标准VB=0.2时,AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性,最长的切削长度为7.4 m。     

Friction and wear characteristics of multi-layer graphene films investigated by atomic force microscopy

Friction and wear characteristics of multi-layer graphene films deposited on a Si substrate by mechanical exfoliation were investigated by atomic force microscopy (AFM). The graphene films consisted of a few layers of carbon basal plane. The number of graphene layers was determined by AFM and Raman spectroscopy. For the AFM friction measurement, loads in the range of − 5 to 30 nN were applied on the Si tip that slid against the graphene specimen. It was found that graphene films exhibited much lower friction (from 0.36 to 0.62 nN) than bare Si surface (from 1.1 to 4.3 nN) when the applied loads ranged from 3 to 30 nN. The wear characteristics were also assessed using the AFM. Detectable wear of graphene was generated when sliding was performed for 100 cycles under 5 μN applied load. The wear mechanism of graphene was proposed to be due to breakage of in-plane bonds between carbon atoms and shearing at the interface of graphene layers.     

Tribological properties of TiAlN-coated cermets

Ti(C,N)-based cermets were coated with TiAlN using multi-arc ion plating technology. Sliding wear tests were performed on the coated cermets. The microstructure and morphologies of the coated cermets before and after friction and wear tests were characterized. The results show that the TiAlN coating surface was smooth and its root mean square roughness was 16.6 nm. The hardness (HK) of TiAlN coating layers reached approximately 3200 and the critical load (L _c) under which the coating failure occurred was 59 N. The sliding wear test results show that the friction coefficients of the TiAlN-coated cermets were lower than that of the cermets without any coating. Under the same load, the adhesion phenomenon of the counterpart materials on the specimens was improved and the mean friction coefficient increased with increasing sliding velocity. When the sliding velocity was 0.26 m·s⁻¹, the mass of the coated cermets reduced. At the same sliding velocity, the average friction coefficient of the TiAlN-coated cermets was lower under a higher load. The wear mechanisms of the TiAlN-coated cermets were mainly adhesive and abrasive wear.     

氮化钛 / 氧化钛复相陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

目的研究等离子喷涂Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度及干滑动摩擦磨损行为和机理。方法采用等离子喷涂技术,在45#钢表面制备Ti N/Ti O复相陶瓷涂层。分析涂层的相组成,测试涂层的硬度。通过磨损试验研究Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损行为,并观察涂层的磨损形貌,测试磨损表面的成分组成,探讨Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损机理。结果 Ti N/Ti O复相陶瓷涂层均匀致密,平均厚度为350μm,具有明显的层状结构,孔隙率为4.3%,显微硬度为1444HV0.1。在载荷30~50 N、转速370~1102 r/min的范围内,Ti N/Ti O复相涂层与GCr15对磨的摩擦系数为0.0963~0.2778,磨损量为1.32~6.8 mg。随着载荷的增加,摩擦系数下降;随着载荷和转速的增加,磨损量增加。结论等离子喷涂制备的Ti N/Ti O复相涂层组织致密,显微硬度高,在低速低载荷时表现出较好的耐磨性,但随着载荷和转速的增加,耐磨性降低。涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。     

纳米石墨改性ZM5镁合金微弧氧化陶瓷层摩擦磨损性能

添加纳米石墨颗粒的硅酸盐溶液中制备ZM5合金微弧氧化陶瓷层,利用SEM、EDS和XRD分析了涂层的微观形貌、成分及物相组成,用球-盘干磨损试验对涂层的室温摩擦磨损行为进行研究。结果表明,纳米石墨改性微弧氧化陶瓷层主要由Mg2SiO4、少量的MgO、Mg和C相组成,石墨以机械形式分散于陶瓷层中并起到减摩作用。4.9N载荷下体积磨损率为9.19×10-5 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的1/3,ZM5基体的1/14;9.8N载荷下体积磨损率为1.44×10-4 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的2/5,ZM5基体的1/8,与无石墨微弧氧化陶瓷层相比显著提高了镁合金基体的耐磨性,且其室温干摩擦磨损机理为疲劳磨损,磨痕呈疲劳剥落形貌。     

纯镁超声微弧氧化生物涂层植入体内4周的降解行为

研究纯镁及其超声微弧氧化生物涂层种植体植入动物股骨干内的短期降解过程。利用电化学工作站测定试样在模拟体液中极化曲线。术后4周,取兔股骨干的组织进行扫描电镜观察(SEM)及锥形束检测(CBCT)观察种植体降解状况。结果表明,纯镁与超声微弧氧化生物涂层都发生了降解,在骨组织表面及镁基体的表面几乎同时发生反应,在金属-骨界面形成紧密相邻的降解层、新生骨层,并可见少量的不连续的纤维结缔组织,超声微弧氧化镁生物涂层的腐蚀降解速率及对周围骨组织的刺激明显小于纯镁基体。纯镁基体及超声微弧氧化涂层试样周围的骨组织变化符合正常骨组织的愈合过程,超声微弧氧化生物涂层显示出更好的生物相容性及降解性。     

石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理研究

为了降低WC-Co涂层的摩擦系数,采用湿法球磨工艺实现了氧化石墨烯和WC-Co喷涂粉末的均匀混合,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层的氧化石墨烯存在、组织结构形貌、化学成分组成。采用显微硬度计、万能拉伸机及UMT-2摩擦磨损试验机等仪器研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明：氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82MPa,显微硬度为1024HV0.3,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨、减磨性能。     

不同尺度下石墨烯的磨损行为及其机制

石墨烯作为石墨的基本组成单元,其独特的二维结构与优异的减摩特性使其成为国内外摩擦学领域的研究热点.为了获得稳定的润滑效果,其抗磨损能力受到学者们的广泛关注.重点综述了石墨烯在不同尺度上磨损研究的进展.在微纳尺度上,详细地介绍了石墨烯的磨损行为、磨损机理和可以调控其耐磨性的微观因素(包括层数、界面作用力、缺陷、基底硬度、表面粗糙度、粘附力和自配副接触).在宏观尺度上,根据制备方法的不同,宏观石墨烯涂层主要分为两类:直接法或转移法制备的石墨烯薄膜与自组装法制备的石墨烯涂层.首先,介绍了直接法或转移法制备的石墨烯薄膜的磨损行为和机理,详细阐述了石墨烯薄膜在微纳和宏观尺度上磨损行为变化的根本原因,归纳了调控石墨烯薄膜磨损性能的典型方法.随后,介绍了自组装石墨烯涂层的磨损行为、机理及与薄膜的差异,并总结了增强其宏观磨损性能的策略与内在机制.最后,展望了石墨烯磨损研究的未来方向和实现石墨烯在宏观应用中尚待探索与解决的若干问题.