基于表面喷涂和织构技术的油井光杆摩擦性能改进

为了提升油井光杆耐磨损性能,延长其使用寿命,应用表面喷涂和表面织构技术对光杆摩擦段表面进行处理,在UMT磨损实验机上对不同表面处理技术的光杆进行摩擦性能测试评价。结果表明:超音速等离子喷涂、超音速火焰喷涂涂层可使光杆摩擦因数从0. 96分别下降至0. 85、0. 91,表面织构可使光杆摩擦因数降低至0. 77。表面喷涂技术和表面织构技术均能有效降低光杆表面摩擦因数,而表面织构技术在光杆提升摩擦性能方面优于表面喷涂技术,且加工更方便,具有较好的应用前景。     

不同喷涂工艺制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究

采用接触角测量仪和冲蚀磨损试验机等设备,研究超声速等离子喷涂与普通大气等离子喷涂两种技术制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层的表面自由能和冲蚀磨损性能,并对涂层的显微硬度、孔隙率及成分进行检测分析。研究结果表明,普通大气等离子喷涂技术制备的涂层,其表面和内部结构疏松,孔隙率及显微硬度分别为6.653%和836.93 HV0.1。而超声速等离子喷涂技术制备的涂层,孔隙率及显微硬度分别为3.467%和1 078.68 HV0.1,相比普通大气等离子喷涂而言,超声速等离子喷涂制备的涂层整体性能较为优异。通过对两种涂层的结构和表面自由能分析发现,超声速等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层由于结构致密、表面自由能较低而具有较为出色的冲蚀磨损性能。     

降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究进展

等离子喷涂涂层具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异性能,已广泛应用于表面防护领域。孔隙是等离子喷涂涂层的重要结构缺陷,孔隙过多会导致涂层过早脱落失效,缩短其服役寿命,所以孔隙率是评定涂层质量的重要指标。简单介绍了孔隙形成的机理、影响因素以及孔隙对涂层性能的影响,从优化喷涂工艺参数、激光重熔处理、改进喷涂材料等方面对降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究现状进行了综述,并对等离子喷涂涂层发展中存在的问题及发展方向进行了总结。     

孔隙对陶瓷涂层绝缘性能的影响及处理

采用等离子喷涂法在试样表面喷涂氧化铝涂层,并对涂层进行封孔处理和磨削加工,对涂层厚度、孔隙率、绝缘性能进行检测。结果表明:等离子喷涂陶瓷涂层存在孔隙,孔隙率越低,涂层的绝缘性能越好;封孔处理后,涂层的绝缘性能得到进一步提高,且磨削加工对封孔效果影响不大。     

超声速等离子喷涂Ni60A涂层的滚动接触疲劳寿命*

制备高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,并研究该涂层的滚动接触疲劳性能及寿命。通过正交试验对Ni60A涂层的4个主要喷涂工艺参数(喷涂电压、喷涂电流、Ar气流量和喷涂距离)进行优化设计,通过分析孔隙率和显微硬度值的大小,综合评价喷涂层质量。利用Image J2x孔隙率计算软件计算涂层孔隙率,利用扫描电镜分析Ni60A粉末和喷涂层的微观结构,采用显微硬度计测定涂层的显微硬度,利用RM-1接触疲劳/磨损多功能试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验,并建立Weibull失效概率图。结果表明,通过正交试验可以获得高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,超声速等离子喷涂Ni60A涂层的最优喷涂工艺参数为：喷涂电压170 V,喷涂电流370 A,Ar气流量110 L/min,喷涂距离110 mm,通过最优参数制备得到的Ni60A涂层的孔隙率为1.05%,显微硬度为1 086 HV_0.2;在不同接触应力水平下,Ni60A涂层的寿命服从Weibull分布,通过Weibull失效概率图可以在一定范围内预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。     

织构化AlCrN涂层表面的摩擦磨损性能研究

为了探讨微织构对硬质涂层表面的摩擦磨损性能的影响,利用激光技术在AlCrN涂层表面制备了一种沟槽型微织构,并在UMT-2摩擦磨损试验机上进行往复式摩擦磨损试验。试验分别在不同载荷、滑动速度和润滑条件下,对微织构化AlCrN涂层表面的摩擦磨损性能进行了评价。研究表明,涂层表面加工微织构能够有效提高表面摩擦磨损性能,在低载荷和高滑动速度条件下,微织构的作用最大,而织构表面添加润滑脂能够更有效地提高减磨效果。     

等离子喷涂功率对MOSi_2涂层组织与抗高温氧化性能的影响

以自蔓延合成的MoSi_2粉体为喷涂原料,采用大气等离子喷涂技术,在K403镍基合金表面制备了MoSi_2涂层;采用XRD、SEM和EDS等仪器和高温氧化试验考察了喷涂功率对MoSi_2涂层组织和抗高温氧化性能的影响。结果表明:涂层中均含有MoSi_2相、Mo_5Si_3相和钼相,随喷涂功率的增大,涂层的相组成由富硅相向富钼相转变;采用30kW喷涂功率可制备出主相为MoSi_2且致密度较高的涂层,可以明显提高基体的抗高温氧化性能。     

喷涂功率对碳/碳复合材料表面羟基磷灰石涂层抗剪强度的影响

采用等离子喷涂技术在碳／碳复合材料表面制备了羟基磷灰石（HA）涂层,采用自制装置测定了不同喷涂功率下涂层与基体的抗剪强度,采用扫描电镜观察了涂层表面、横截面和剪切断裂表面的微观形貌,并分析了涂层与基体的剪切断裂失效形式。结果表明：在40kw喷涂功率下,涂层与基体的抗剪强度最高,约为10MPa,其剪切断裂失效方式主要为涂层内部失效。     

喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

利用超音速等离子喷涂技术制备了不同喷涂功率条件下的NiCr-Cr3C2涂层,结合表面自由能理论研究了其表面摩擦学性能。利用Owens-Wendt几何平均法计算了涂层的表面自由能及其分量。对比发现,涂层孔隙率、显微硬度和摩擦因数均随着喷涂功率的变化而变化,且其变化趋势与极性分量均表现出一定的相似性。分析表明,受喷涂功率的影响,喷涂粒子的温度和速度对涂层表面分子间作用力产生影响,从而间接改变了涂层表面的自由能,并且自由能及其分量的改变,会直接影响NiCr-Cr3C2涂层表面的摩擦学特性。     

ZrO2热障涂层耐高温冲刷性能研究

采用等离子喷涂工艺制备了NiCoCrAlY／ZrO2热障涂层，利用超音速火焰喷涂（HVOF）ZrO2粒子高速冲刷涂层表面，考察ZrO2热障涂层的耐高温冲刷性能。结果表明，等离子喷涂NiCoCrAlY／ZrO2热障涂层具有较好的耐高温冲刷性能，经高温高速粒子冲刷20s后，涂层与基体结合良好，涂层完整，未出现大面积的剥落。等离子喷涂ZrO2热障涂层高温冲刷的主要磨损机理为脉动冲击作用造成的裂纹扩展、涂层颗粒变形磨损和微切削。涂层的耐高温冲刷性能主要取决于涂层的硬度。     

The effects of texture height and thickness of amorphous carbon nitride coating of a hard disk slider on the friction and wear of the slider against a disk

In order to minimize the stiction force caused by contact of the extremely smooth surfaces of head sliders and disks in hard disk drives, texture is usually applied on the disk surface. For future contact/near-contact recording, the stiction-induced high friction between slider and disk will become a problem. Texture on the slider/disk interface will still be an expected method to reduce friction. Recently, it was suggested to texture the slider surface. A protective coating is usually required on the textured slider surface to reduce wear of the texture. The results showed that texture on the slider surface was effective in reducing the friction between head sliders and disks. On the other hand, the texture and coating on the slider surface increase the spacing between the read/write element and the magnetic layer of the disk. The necessary and effective texture height and coating thickness are still not clear. In the present research, island-type textures with different heights (3–18 mn) were formed on slider surfaces by ion-beam etching. Amorphous carbon nitride (a-CN_x) coatings of different thicknesses (0–50 nm) were coated on the textured slider surfaces as a protective overcoat. The friction and wear properties of these sliders were evaluated by constant-speed drag tests against hard disks coated with diamond-like carbon (DLC). The results show that 2 nm texture on a slider surface is sufficient for low (0.3–0.5) and stable friction of the slider against the disk in a drag test, and coatings thicker than 5 nm show similar wear resistances of the texture on slider surfaces.     

基于 STFT 的织构涂层硬质合金表面振动解析方法

针对织构涂层复合工艺对硬质合金表面改性时存在消极振动的问题,提出一种基于织构涂层表面摩擦振动行为的解析 方法来探索织构涂层复合工艺改性效果。 因此,搭建了微织构 AlSiTiN 涂层硬质合金-钛合金磨盘摩擦磨损试验平台,基于短 时傅里叶变换(STFT)与灰度算法对摩擦振动变化规律性映射和振动行为平稳时段进行了获取,进而分析了微织构 AlSiTiN 涂 层工艺参数对硬质合金的改性效果。 试验研究得出了微织构及 AlSiTiN 涂层对硬质合金表面耐磨改性效果最为积极的时间 段,即自接触摩擦起第 5~ 25 min 的稳定作用时期,得出微织构及 AlSiTiN 涂层参数对硬质合金表面改性的影响机理,优选该复 合改性方法抑制硬质合金表面消极摩擦振动的工艺参数,为提升硬质合金表面性能研究提供新思路。     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

激光织构和碳基薄膜复合处理提高钛合金摩擦学性能研究

在重载滑动干摩擦条件下，对比不同织构密度的钛合金表面的摩擦学性能；在耐磨性最好的织构密度钛合金表面再制备碳基薄膜，并与直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦学性能进行对比。结果表明：3种低织构密度条件下，TC4钛合金的摩擦因数减小、磨损率降低；随着织构密度的增大，钛合金材料的摩擦因数变化极小，磨损率有所增加；在织构密度5.95%的钛合金表面制备的碳基薄膜，因织构微凹处产生的小微湍流，减少了摩擦阻力，使得其摩擦因数相比直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦因数有所减小。织构化碳基薄膜的磨损率比钛合金的磨损率降低了99.31%，比直接在钛合金表面制备碳基薄膜的磨损率也降低了约60%，这是因为高接触应力摩擦过程中触发石墨化转变，被磨损的石墨化颗粒碎片嵌入织构微凹中，抑制了摩擦接触界面的磨损行为。     

石墨种类对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

采用柔性石墨、造粒石墨和鳞片石墨分别制备粉末冶金烧结摩擦材料，研究不同种类片状石墨对摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：不同种类石墨制备的摩擦材料的密度和力学强度差异，将影响材料基体在制动过程中的组织形态，使摩擦界面呈现不同的磨损形式，其中柔性石墨摩擦材料的主要磨损机制为氧化磨损，造粒石墨摩擦材料的主要磨损机制为犁削磨损和磨粒磨损，鳞片石墨摩擦材料的主要磨损机制为犁削磨损和黏着磨损；造粒石墨制备的摩擦材料在不同速度下制动和重复单次制动时的摩擦因数波动值较小，摩擦因数稳定性好，且具有适中的磨耗量，综合摩擦磨损性能最佳。     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测.仿真结果表明:在忽略...     

TD法VC涂层与陶瓷和钢对摩时摩擦磨损性能对比研究

采用TD法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备VC涂层,在摩擦磨损试验机上考察VC涂层与钢球、钢柱和陶瓷球配副时的摩擦磨损性能,利用扫描电镜、粗糙度测量仪和X射线衍射仪(XRD)分析涂层磨损前后表面及界面的形貌、表面粗糙度和物相组成.结果表明,与不同摩擦副配副时,VC涂层摩擦因数随着磨损时间增加先增大后趋于平稳,磨损率随着磨损时间增加而减小,其中与钢柱配副时摩擦因数最小,磨损率最低.与不同摩擦副配副时,VC涂层磨损机制与失效形式不同,与钢球配副时VC涂层磨损机制为磨粒磨损,失效形式为划痕和剥落坑;与钢柱配副时VC涂层磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损,失效形式为犁沟和片层状剥落;与陶瓷球配副时VC涂层磨损机制为氧化磨损,失效形式为脆性断裂.     

某型发动机组的磨损状况的模糊综合评判

提出了一种基于铁谱技术,结合层次分析法(AHP)和模糊数学的模糊综合评判方法。分析确定了发动机磨损状态评价因子的权重集以及评价因子的隶属函数,利用模糊综合评判法对发动机组的磨损状况进行了综合评价。评判计算结果表明了本文分析方法的合理性,且可信度较高。     

NAK80模具钢表面激光熔覆钴基合金涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆方法在NAK80模具钢表面制备钴基合金熔覆层,用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆层的显微组织,通过干滑动摩擦试验研究了熔覆层的摩擦磨损性能,分析了其磨损机制,并用三维表面形貌仪观察磨损试样的表面形貌。结果表明:熔覆层的主要组成相为Cr23C6、Co3Mo2Si、MoC、FeCr和γ-Co;熔覆层由涂层与基体界面处的平面晶区、涂层中部的胞状树枝晶区和表层的网状等轴晶粒区组成;经激光熔覆处理后的NAK80模具钢表面硬度和耐磨性得到了显著改善,与NAK80模具钢相比,熔覆层表面的平均摩擦因数降低了约34%,比磨损率下降了约91.3%;熔覆层的磨损机制为粘着磨损和轻微的显微切削。