超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

高速电弧喷涂含非晶相Fe基涂层的摩擦磨损特性

采用高速双丝电弧喷涂技术制备了含有非晶相的铁基涂层.对Fe55Cr12Mo10Cu2Y2B6C13涂层的摩擦磨损特性及相关的力学性能:涂层显微硬度,与基体的结合强度和进行了测试分析.结果表明:①涂层摩擦因数低于基体材料Q235,磨损量也显著降低,涂层的磨损机理主要表现为剥离磨损.②涂层的显微硬度高于1 000 HV,属于硬质涂层,涂层与基体的结合方式主要以机械结合为主.③涂层的力学性能随组织结构变化有起伏.     

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。     

60Si2Mn钢高速电弧喷涂耐磨涂层的摩擦磨损性能

为提高旋耕刀的耐磨性并延长其使用寿命,利用高速电弧喷涂技术在旋耕刀材料60Si2Mn钢表面制备NiAl粘结层与Ni-Al2O3、Cr2O3、SiC、Cr、Ti和Fe构成的耐磨涂层。经XRD、显微组织分析及硬度测试得到,耐磨涂层由Fe9.64Ti0.36、FeAl、Al2O3和SiO2多相组成,组织均匀致密,表面硬度达到1 037 HV0.2,比传统淬火、中温回火的表面硬度提高69%,表层硬度最高达到1 202HV0.2。摩擦磨损试验结果表明,耐磨涂层与传统淬火、中温回火相比,体积磨损量下降60%,摩擦因数降低44%,电弧喷涂涂层有效的降低了摩擦和磨损,改善了材料的耐磨性。     

冷喷涂铁基非晶复合涂层的制备、微观组织及摩擦性能

采用液氮-室温循环深冷处理工艺方法对Fe87.4Cr2.5Si6.8B2.4C0.9非晶合金粉末进行预处理,通过调控冷喷涂工艺参数,成功在6061铝合金基体表面制备非晶涂层。同时研究了深冷处理工艺对非晶粉末沉积行为以及涂层微观组织的影响机理,通过摩擦磨损试验研究非晶合金涂层的摩擦磨损性能。结果表明:使用原始非晶粉末制备得到的涂层厚度仅为6μm,且非晶颗粒在基体表面不连续分布,只有粒径较小的非晶颗粒可发生有效的塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较低;使用经过深冷预处理的非晶粉末制备的涂层平均厚度为67μm,且涂层内非晶合金颗粒分布均匀,粒径较大的非晶颗粒也可发生有效塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较高。在摩擦磨损过程中6061铝合金基体的主要磨损机制为粘着磨损与疲劳磨损,非晶涂层的主要磨损机制为磨粒磨损,且使用原始非晶粉末和循环深冷处理粉末制备得到的非晶涂层的质量磨损量较低,分别为6061铝合金基体质量磨损量的15.7%、11.8%。     

热处理对Fe基非晶涂层蠕变行为影响的研究

通过爆炸喷涂制备了Fe基非晶涂层,并在300、400及500℃分别进行了保温处理并研究了保温温度对非晶涂层纳米压入蠕变行为的影响机制.结果 表明,通过热处理可以明显降低涂层孔隙率,使得涂层组织结构更加致密,也因此具有更高的显微硬度;相比300℃低温热处理,500℃热处理后的铁基非晶涂层中组织更加致密、硬度分布更加均匀,...     

电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的钨极氩弧重熔处理

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应力、纵截面硬度、耐磨性及磨损表面形貌进行观察与测试。结果表明,重熔处理后,电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的组成由Fe基非晶和硼化物相转为Cr_2B、(Cr,Fe)_2B、α-Fe相,涂层与基体由机械结合转为冶金结合,重熔试样由表层至基体的显微组织分别是初生硼化物以及共晶组织、共晶硼化物+马氏体+奥氏体、初生奥氏体以及共晶组织、热影响区组织。重熔处理后,涂层显微硬度由689 HV0.1上升为960 HV0.1,磨损失重率由0.088 g/(cm~2·min~(-1))降为0.004 6 g/(cm~2·min~(-1))。喷涂层的磨粒磨损机制主要是微断裂,重熔层的磨粒磨损机制主要是变形磨损和微切削。     

氧化石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理

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(Graphene Oxide,GO)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82 MPa,显微硬度HV0。3为10062 MPa,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。     

超音速等离子喷涂Cr_2O_3涂层的显微组织及耐磨性能

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上喷涂制备Cr2O3陶瓷涂层。利用XRD、SEM、显微硬度仪及Image-pro Plus图形软件对涂层进行表征与分析及孔隙率计算,并通过摩擦磨损试验评价涂层的耐磨性能。结果表明:原始粉末和涂层的物相主要变化为衍射峰宽化,可能是发生了非晶化。超音速等离子喷涂工艺能够制备致密、均匀的Cr2O3涂层。电流为335 A时,涂层的孔隙率为1.8%,显微硬度为1907 HV0.3,涂层中的孔隙主要为类球状孔隙和少量的横向缝隙。电流对涂层的表面形貌具有很大的影响。电流为335 A时,涂层表现出优异的耐磨性能。     

La2O3对激光熔覆铁基JG-8合金组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在27SiMn钢基体表面成功制备了不同La_2O_3含量的铁基JG-8合金复合涂层,系统地研究了添加La_2O_3对铁基JG-8合金复合涂层组织及性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对铁基JG-8合金复合涂层的物相结构和显微组织进行分析测试,通过显微硬度仪和摩擦磨损试验机对铁基JG-8合金复合涂层的硬度以及摩擦学性能进行分析评估。结果表明,La_2O_3的添加可有效细化组织,使晶粒由原本的柱状晶转变为细小的胞状结构。铁基JG-8合金复合涂层的硬度随着La_2O_3含量的增加呈现先增大后减小的趋势,其中0.8%La_2O_3(质量分数)铁基JG-8合金复合涂层的硬度(HV0.3)(5327MPa)最高,与未添加La_2O_3的铁基JG-8涂层相比,0.8%La_2O_3铁基JG-8合金复合涂层的硬度提升了19.4%。在摩擦磨损过程中未添加La_2O_3的铁基JG-8涂层主要磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损,0.8%La_2O_3铁基JG-8合金复合涂层的主要磨损机制为磨粒磨损,0.8%La_2O_3铁基JG-8合金复合涂层的体积磨损量最低,为27SiMn钢基体的22.9%。     

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

热处理对Ni-TiN纳米复合镀层结构和性能的影响

目的进一步提高脉冲-超声电沉积Ni-TiN纳米复合镀层的显微硬度,改善镀层的耐磨性。方法利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损仪器,对经200~600℃热处理后Ni-TiN纳米复合镀层的表面形貌、内部组织结构、显微硬度和磨损性能进行检测,研究了热处理方式对复合镀层的表面形貌、晶相组织、显微硬度和耐磨性的影响。结果经300℃保温1.5 h后的镀层表面最为平整和光滑。同时镀层开始实现非晶态向晶态演变,并且镀层硬度最高,其值高达815HV。随热处理温度的升高,镀层晶粒变大,表面平整度降低。经600℃热处理,保温1.5h后,镀层的耐磨性最佳,磨损量仅为13.2 mg。结论经热处理之后,镀层硬度得到一定程度的提高,主要是TiN纳米粒子起到弥散和细晶强化作用。耐磨性得到有效改善,主要是由于镀层韧性、镀层和基体间的结合力得到提高,镀层形成一层致密的氧化膜的原因。     

H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

超音速电弧喷涂FeAINbB涂层的摩擦磨损行为

目的探讨FeAlNbB涂层的制备方法,研究FeAlNbB涂层的组织结构及摩擦磨损行为。方法通过超音速电弧喷涂技术制备FeAlNbB涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析FeAlNbB涂层的组织结构及相组成,并利用显微硬度计和摩擦磨损试验机对FeAlNbB涂层的硬度及摩擦学行为进行研究。结果 FeAlNbB涂层主要由α-Fe、Fe_3Al、FeAl相组成,涂层的平均硬度为700HV。在试验参数下,涂层的摩擦系数在0.2~0.4之间,涂层的耐磨性为20#钢的12~33倍,涂层的磨损机理主要以犁沟效应和磨粒磨损为主。结论超音速电弧喷涂制备的FeAlNbB涂层与基体结合良好,组织致密。涂层中无非晶组织,但涂层的硬度、耐磨性能与FeAlNbB非晶态涂层相当。     

等离子喷涂强化H13钢铸铝压铸模实验研究

为解决H13钢铸铝压铸模普遍存在的抗热腐蚀能力差、强度低等问题,采用等离子喷涂工艺在H13钢基体上制备了Al2O3和Al2O3-TiO2两种硬质涂层。以喷涂电流、喷涂电压、喷涂距离为试验参数进行正交试验,采用MH-6型显微硬度仪和HSR-2M往复摩擦磨损试验机测试了涂层的显微硬度和磨损质量,通过对显微硬度的极差和方差分析,确定了影响涂层显微硬度的主次因素和显著因素,优化了喷涂工艺参数。结果表明,Al2O3-TiO2涂层的硬度982.0 HV,摩擦系数平均值为0.41～0.45,磨损量平均为0.89～0.93 mg;Al2O3涂层的硬度1446.2 HV,摩擦系数平均值为0.32～0.35,磨损量平均为0.58～0.62 mg。Al2O3涂层的性能较好,优化工艺参数为:电流为600 A,电压为65 V,喷涂距离为110 mm,预热温度为200℃。     

超音速等离子喷涂非晶涂层微观结构与摩擦学性能

采用新一代超音速高能等离子喷涂(SAPS)技术制备了Fe基和Mo基两种非晶涂层,对涂层的微观结构与摩擦学性能进行对比分析。结果表明,SAPS喷涂Fe基和Mo基非晶涂层内部孔洞少、结构致密性高。与Fe基涂层相比,具有更低孔隙率的Mo基涂层在摩擦过程中表现出更低的磨损率(1.1×10^-4 μm·N^-1·s^-1),耐磨性更优。涂层的磨损机理均以磨粒磨损和疲劳磨损为主,并伴随着磨屑氧化。     

VN基硬质耐磨涂层的制备及其性能

目的在N2及其与C2H2混合气氛下,制备VN基硬质耐磨涂层,研究VN基涂层的结构及力学、耐磨、抗腐蚀性能,为工业化应用积累科学数据。方法采用阳极层离子源辅助阴极电弧离子镀系统,在高速钢衬底上制备VN、VCN和VCN/VN多层涂层,系统研究多层涂层调制周期厚度变化对涂层晶体结构、表面形貌、硬度、耐磨性及耐腐蚀性能的影响。结果 C原子的加入和VCN/VN多层涂层调制周期的变化对VCN/VN涂层的晶体结构、表面形貌、硬度、摩擦系数及耐腐蚀性能均有明显影响。随着VCN/VN涂层调制周期的增加,VN(200)衍射峰逐渐减弱并宽化,VN (111)衍射峰消失,涂层表面金属熔滴大颗粒数量减少,小颗粒数量明显增加。VN涂层硬度为1890HV,VCN涂层硬度为2290HV,VN/VCN多层涂层硬度为2350HV左右。对磨材料为氧化铝时,VN涂层的摩擦系数为0.74左右,VCN涂层和VCN/VN涂层的摩擦系数明显降低,在0.60左右,磨损机理由以磨削磨损为主(VN涂层)逐渐转化为粘着磨损为主(S5),磨削磨损起次要作用。随着C原子的加入和VCN/VN多层涂层调制周期的变化,涂层耐腐蚀性能明显增强,自腐蚀电位由VN的-0.26 V增大到VCN的-0.14 V,自腐蚀电流密度由1.63′10^-5 A/cm^2降低到2.7′10(-6) A/cm^2。结论采用阳极层离子源辅助电弧离子镀技术可制备VN基硬质耐磨涂层,C元素的加入可有效提高VN涂层的硬度,降低VN涂层的摩擦系数,增强VN涂层的耐腐蚀性能。VCN/VN多层涂层通过周期厚度的调制可以有效提高VN基涂层的硬度、耐磨及耐腐蚀性能。     

20Cr2Ni4A钢表面WC增强铁基涂层耐磨性能的研究

目的 制备优异的耐磨性涂层用于机械零部件表面,可有效地提高其使用寿命,减少机械设备因磨损失效而带来的各类故障.方法 以20Cr2Ni4A合金钢为基体材料,利用激光熔覆技术,制备了铁基涂层和铁基/WC复合涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、HV-1000显微维氏硬度计,分别对铁基涂层和铁基/WC复合涂层的相组成、组织形貌、显微硬度进行表征.利用HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机对铁基涂层和铁基/WC复合涂层的磨损性能进行研究,并分析其磨损机理.结果 两种涂层的显微硬度与基体相比改善较大,其中铁基/WC复合涂层改善最为明显,表面平均硬度值为610HV.以直径为6 mm的GCr15对磨球为摩擦副,铁基涂层的平均摩擦因数为0.53左右,磨损量为0.1432 mm3,而铁基/WC复合涂层的平均摩擦因数为0.36左右,磨损量为0.05935 mm3,与铁基涂层相比,20Cr2Ni4A合金钢表面结合铁基/WC复合涂层的硬度提高了17％左右,磨损量减小了58.6％,具有良好的耐磨损性能.结论 铁基/WC复合涂层因其表面存在W2C、WC、Fe3C等物相,能够均匀分布在铁基涂层上作为耐磨骨架,显著提高了涂层的硬度和耐磨性能.