Inconel 718合金表面纳米多层CrAlN/CrN涂层的制备及高温摩擦学性能研究

为提高Inconel 718合金的表面硬度和高温摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术在其表面制备CrAlN/CrN涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪和划痕仪等对涂层的微观结构、力学性能进行分析表征。使用UMT摩擦磨损试验机测试涂层在室温、350℃和650℃下的摩擦性能,并对磨痕的形貌特征、元素分布和物相进行分析,分析涂层在不同温度下的摩擦磨损机制。结果表明:纳米多层CrAlN/CrN涂层微观结构致密,主要由fcc-CrN相组成,择优取向为(200)晶面;CrAlN/CrN涂层在Inconel 718合金表面具有良好的力学性能,其硬度和结合力分别为(29.3±1.2)GPa和70.4 N;涂层在室温和350℃下具有优异的耐磨性,磨损率分别低至1.5×10^(-6)mm^(3)/(N·m)和1.7×10^(-6)mm^(3)/(N·m),主导的磨损机制分别为磨粒磨损和疲劳磨损;650℃时涂层达到最低摩擦系数(0.33),但磨损率有所升高,主要表现为磨粒磨损。

激光熔覆FeCoCrNi系高熵合金涂层的组织及高温摩擦学性能

高熵合金涂层在提高不锈钢基材的耐磨性方面具有巨大的潜力。为探究Cu/Si两种元素掺杂对FeCoCrNi高熵合金涂层组织及高温摩擦学性能的影响,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)系列高熵合金涂层。采用XRD,SEM,EDS等手段表征了涂层的微观组织及物相分布,通过高温摩擦磨损试验机测试了涂层的高温摩擦学性能。结果表明:在合适的激光熔覆工艺参数下,FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)高熵合金涂层均形成了单一的FCC型固溶体,与基体呈良好的冶金结合;Cu元素的加入降低了FeCoCrNi涂层表面硬度,但由于涂层热导率提高,界面结合情况改善;Si元素的加入促进了晶粒细化,提高了涂层表面硬度;在600℃下,Cu/Si元素的加入对涂层的摩擦学性能均有明显改善,其中FeCoCrNiCu及FeCoCrNiSi涂层的摩擦因数分别为0.24和0.19,磨损率分别为1.58×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)和6.77×10^(-5)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),相比于FeCoCrNi涂层分别降低了56.1%和81.9%。FeCoCrNiCu涂层主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损及轻微磨粒磨损,而FeCoCrNiSi涂层为氧化磨损。

表面修饰硼酸钾作为船用气缸润滑油添加剂的高温摩擦学性能

以月桂酸钠和十六烷基三甲基溴化铵为复配型修饰剂,采用等离子体辅助球磨法制备表面修饰硼酸钾润滑添加剂,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及同步热分析仪(DSC-TG)对添加剂进行表征分析,研究其在低碱值船用气缸油中的高温摩擦学性能,并讨论其减摩自修复机制。结果表明:在等离子体热效应和钢球机械研磨的耦合作用下,等离子体辅助球磨10 h的硼酸钾粉体和修饰剂被微区熔融并快速细化,获得的一次颗粒平均粒径在100~300 nm之间。通过修饰剂中离子对的化学作用,硼酸钾粉体表面吸附并化学键合—CH_(2),—CH_(3)有机分子基团,实现粉体的亲油化改性,并保障在FEOCY 54低碱值船用气缸油中的分散性。在摩擦过程中,硼酸钾微粒在电荷作用下不断吸附沉积到摩擦表面,在金属接触区域形成滚动润滑及抗磨沉积膜,同时摩擦表面与硼酸钾粉体发生摩擦化学反应生成Fe_(2)O_(3),Fe_(3)O_(4),B_(2)O_(3)极具减摩抗磨作用的边界润滑膜,明显提高船用气缸油的高温摩擦学性能。

两种镍基合金的高温摩擦学性能研究

利用热压烧结工艺制备了 Ni- Cr和 Ni- Cr- S合金 ,分析了其显微组织 ,并考察了 2种镍基合金在室温至 60 0℃范围内同 Co- WC对摩时的摩擦学性能 .研究结果表明 :Ni- Cr合金的显微组织比较均匀 ,Ni- Cr- S合金的组织由 Ni( Cr)固溶体基体和树枝状的铬的硫化物构成 ;Ni- Cr合金在室温时的磨损机理为磨粒磨损 ,而在高温下以粘着磨损和塑性变形为主 ;Ni- Cr- S合金与 Co-

超声表面滚压处理铝合金钻杆的高温摩擦学性能

为了提高铝合金钻杆的耐磨性,利用超声表面滚压技术(USRP)对2219铝合金钻杆材料进行表面强化处理。采用透射电子显微镜(TEM)表征了USRP处理后铝合金的晶粒大小,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量了强化层的微观形貌、相组成和显微硬度,并利用高温摩擦磨损试验机评价了试样的摩擦学性能,对磨副为玛瑙球。结果表明,经USRP处理后2219铝合金表面形成了纳米晶和厚度约500μm的塑性强化层,表面硬度由120 HV0.05提高至190 HV0.05。随着摩擦磨损试验温度的升高,未处理试样和USRP试样的平均摩擦因数和磨损率都逐渐增大。在相同试验温度下,USRP试样的平均摩擦因数和磨损率均小于未处理试样的。未处理试样和USRP试样的磨损机制主要是黏着磨损和磨粒磨损。

Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.

类金刚石碳膜高温摩擦学性能的研究进展

航空、航天、核能等高尖端技术迫切要求使用耐高温、耐磨、低摩擦的固体润滑涂层以保护金属零部件的表面,增加发动机、推进器等航空、航天等领域关键零部件的工作效率、输出功率和使用寿命。上世纪80年代国际摩擦学界根据工业和国防的需要将高温润滑涂层和耐磨材料定为摩擦学学科发展的重要研究方向之一。本文综述了近年来国内外高温工况条件下类金刚石碳膜的摩擦学性能研究成果,总结了类金刚石碳膜在高温环境下的摩擦学性能及其影响因素规律,阐述了类金刚石碳膜高温摩擦学行为的分析方法,提出了类金刚石碳膜高温摩擦学性能研究中存在的问题和未来发展的研究方向。

热喷涂合成Fe_3Al基涂层的高温摩擦学特性

采用自制的新型热喷涂粉芯丝材和高速电弧喷涂技术成功制备出Fe3Al金属化合物基合金涂层,对涂层的组织、成分和相结构进行了初步分析,并测试了涂层在室温至650℃的摩擦学特性。结果表明:Fe3Al涂层的基体相由含29%Al(摩尔分数)的Fe3Al和FeAl二相混合物组成,Fe3Al/WC涂层基体为Fe 26%Al(摩尔分数)合金;添加少量WC硬质相的Fe3Al/WC涂层具有良好的高温减摩特性和耐磨性,450℃和650℃其相对耐磨性分别比20g钢高1.92倍和9.23倍;WC/W2C硬质相对Fe3Al基体的强化作用,以及涂层表面形成具有自保护作用的高硬度致密氧化膜是Fe3Al/WC涂层高温耐磨性提高的主要原因。

双咪唑离子液体的合成及其高温摩擦学性能研究

合成了3种不同连接链的双咪唑离子液体;采用核磁共振谱仪表征了其结构,采用SRV-IV型摩擦磨损试验机评价了其在变温及250℃恒温下的摩擦学性能;并采用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑表面形貌和主要元素的化学状态.结果显示:同变温摩擦磨损试验相比,恒温摩擦磨损试验能更为有效地体现不同双咪唑离子液体的高温摩擦学性能差异;与此同时,烷基链连接的双咪唑离子液体的减摩抗磨性能明显优于醚链连接的双咪唑离子液体,且缩短双咪唑离子液体的连接链长度有利于提高其摩擦学性能.

陶瓷表面强化耐热模具钢高温摩擦学研究

研究了等离子低温化学气相沉积Si3N4 ,BN陶瓷膜强化耐热模具钢在不同温度下的摩擦磨损特性。在日本大越式迅速摩擦试验机上采用比拟温挤试验 ,研究了复合陶瓷强化W1 8Cr4V与有色金属铜 (H62 ) ,A3钢试样配副的高温摩擦磨损特性 ,并与未采用复合陶瓷强化W1 8Cr4V与铜 (H62 ) ,A3钢摩擦副进行比较 ,通过SEM观察了磨面形貌 ,分析了陶瓷强化耐热模具钢与H62 ,A3钢的磨损机制。试验结果表明 :复合陶瓷强化挤压模具能显著降低磨损量 。

氧化锆增韧莫来石复相陶瓷高温摩擦学行为与机制

为将工程陶瓷材料更好地应用于高温摩擦构件中,研究了氧化锆增韧莫来石复相陶瓷(ZTM)与氧化钇稳定氧化锆陶瓷(TZP)对摩的高温摩擦学行为与机制。研究结果表明:ZTM的磨损率随着温度的升高而降低,且当温度高于400℃后,由于其摩擦表面生成了转移膜,出现了"负磨损"现象。ZTM摩擦表面转移膜生成的实质是偶件TZP中的Zr原子向ZTM表面扩散所致。ZTM的磨损机制表现为室温下以微观断裂为主,逐渐转变为高温下的粘着磨损机制。对摩偶件TZP的磨损率随温度的升高而迅速增大,且当温度升至400℃后,则出现了严重的磨损。随着温度由25℃至600℃变化,TZP的磨损机制由微观切削为主并伴有一定的多次塑变磨损,逐渐转变为微观脆性断裂磨损。

WC-Ni金属陶瓷高温摩擦学性能的研究

本文考察了WC—Ni金属陶瓷的组成,显微组织和硬度及摩擦学条件等对其高温摩擦学性能的影响,并且发现WC-Ni材料在高温下摩擦时,表面生成了含氧化合物NiWO_4和WO_3,故其摩擦磨损性能比常温下的好。试验结果表明,NiWO_4有高温减摩作用,WO_3有抗磨作用;WC-Ni材料中的Ni含量为40％(wt)时,其在载荷39.2N、速度1m/s、温度600℃下摩擦形成的表面膜比较均匀连续,摩擦系数最低。

含钨—石墨镍基合金的高温摩擦学性能

用粉末冶金方法制备了含钨—石墨以及其他增强相的镍基合金材料,评价了材料在室温至700℃条件下的摩擦磨损性能。结果表明,室温条件下,热压过程中生成的硬质碳化物、石墨的润滑作用,以及合金表面的摩擦细化作用,使材料表现出良好的摩擦磨损性能; 200℃和400℃条件下,合金表面石墨的氧化分解及成膜能力不足．导致摩擦学性能下降; 600℃和700℃时,高温氧化生成的氧化物及钨酸盐在摩擦面形成的固体润滑膜改善了润滑条件,摩擦因数降低,且较为稳定,磨损体积由于氧化而增大。

真空烧结纳米La_2O_3掺杂MoSi_2复合涂层的高温摩擦学性能

采用高温真空烧结法在高速钢基体表面上制备了纳米氧化镧掺杂二硅化钼基复合涂层;考察了温度(200~800℃)、纳米La_2O_3含量(1%、3%和5%)(质量比)对MoSi_2基复合涂层高温摩擦学性能的影响规律;采用X射线衍射表征了MoSi_2基复合涂层高温摩擦磨损前后的微结构,探讨了复合涂层的高温摩擦磨损机理。研究结果表明纳米La_2O_3掺杂MoSi_2基复合材料摩擦学性能在低温(200℃)和高温(800℃)下纳米La_2O_3含量为3%时较好,摩擦系数为0.1。通过引入纳米La_2O_3可有效地改善Mo Si2的高温摩擦学性能,其磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损。

仿生含油叠层复合材料的高温摩擦学性能

为了改善聚合物的高温摩擦学性能,从仿生学设计角度出发,将聚α烯烃(PAO)润滑油加入聚合物获得含油聚合物,并将含油聚合物填充至叠层沟槽表面,制备了含油叠层复合材料,并利用销盘摩擦试验机研究了不同温度下该材料的摩擦学性能。摩擦试验结果表明:随着试验温度升高,无油叠层复合材料的摩擦因数显著增大,并在150℃时发生润滑失效;含油叠层复合材料在25~150℃范围内具有极低的摩擦因数,但在200℃时平均摩擦因数增大到0.18。采用扫描电子显微镜进行磨损表面形貌分析,发现在高温摩擦时,无油叠层复合材料的金属表面为严重的磨粒磨损,聚合物表面为烧蚀磨损;含油叠层复合材料的金属表面为轻微的擦伤,聚合物表面为塑性流动。分析表明,含油聚合物的多孔结构中储存着润滑油,在温度激励下润滑油发生迁移运动,在热驱动下润滑油向摩擦表面渗出并能形成稳定的润滑油膜,从而改善了叠层复合材料的高温润滑寿命。

多弧离子镀AlTiYN涂层的高温氧化性能及高温摩擦学行为

为研究添加0.76%Y元素对AlTiN涂层结构、高温氧化行为及摩擦学性能的影响规律及作用机制,采用多弧离子镀技术于硬质合金(YG3X)表面沉积AlTiN及AlTiYN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究涂层组织结构;采用纳米压痕仪、划痕仪进行力学性能表征;通过高温氧化试验分析涂层的高温抗氧化性能;利用高温摩擦磨损试验机研究涂层的摩擦磨损行为。结果表明:添加Y元素后,AlTiYN涂层发生晶粒细化、组织结构致密化、硬度及韧性增加、结合强度显著提升。AlTiN涂层经900℃/2 h氧化处理后已完全氧化;而AlTiYN涂层经900℃/2 h氧化处理后未完全氧化,氧化层厚度为1.1μm,表明添加Y元素可以增强AlTiN涂层的高温抗氧化能力。此外,AlTiYN涂层在900℃下其摩擦因数及磨损率均低于AlTiN涂层,表明添加Y元素可有效增强涂层高温耐磨损性能。

热压烧结TZ3Y20A-SrSO_4陶瓷基复合材料的高温摩擦学性能

采用化学沉淀法制备出粒径约80nm的等轴状SrSO4粉体。选用ZrO2(3mol%Y2O3)-20wt%Al2O3(TZ3Y20A)陶瓷为基体,采用热压烧结法制备出TZ3Y20A-SrSO4陶瓷基复合材料,并对复合材料的组织结构和力学性能进行了研究。采用球盘式高温摩擦磨损试验机测定复合材料从室温到800℃的摩擦学性能。TZ3Y20A-SrSO4复合材料在室温至800℃范围内摩擦系数在0.31～0.42之间,磨损率为10-5mm3/Nm数量级。加入SrSO4后复合材料的磨损表面形成了一层润滑膜,有效地改善了其高温摩擦磨损性能。

类金刚石碳薄膜的高温摩擦学研究进展

现代工业的迅猛发展迫使愈来愈多的机械零部件需要在高温下运转,因此高温润滑材料的匹配发展至关重要。在摩擦表面沉积固体润滑薄膜是降低高温下机械装备的摩擦与磨损,提高其使用寿命和可靠性的有效手段。近年来,类金刚石碳(Diamond-like carbon,DLC)薄膜的高温摩擦学得到了广泛研究,并取得了一些重要的进展。大量研究表明,通过适当的元素掺杂可以显著提高DLC薄膜的高温摩擦学性能。首先分别综述了纯碳DLC薄膜、含氢DLC薄膜、Si掺杂DLC薄膜、金属元素掺杂DLC薄膜、元素共掺杂DLC薄膜的高温摩擦学研究进展。通过总结文献中的数据,绘制了各种DLC薄膜的摩擦系数随温度的变化曲线,进而确定了各种薄膜的有效润滑温域。在此基础上,提出了几种有望实现宽温域连续润滑的DLC薄膜新体系,并分析了DLC薄膜的高温润滑失效机理,强调了分子/原子的热扩散和薄膜的热应力在DLC薄膜高温润滑失效中的作用。最后,从提高DLC薄膜自身的高温摩擦学性能和提高DLC薄膜与基材的高温结合性能两个方面,对今后亟待开展的研究工作进行了展望。

纳米ZrO_(2)增强CoCrW基复合材料的制备及高温摩擦学性能研究

采用粉末冶金技术制备纳米级ZrO_(2)陶瓷颗粒增强的CoCrW基复合材料,使用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析复合材料的微观形貌和物相组成,通过球-盘式高温摩擦试验机,研究复合材料与Si3N4球配副在室温至1000℃下的摩擦学性能。结果表明:ZrO_(2)陶瓷颗粒显著提高了复合材料的硬度;复合材料摩擦因数随温度的升高先小幅下降然后升高,并随温度的进一步升高而减小,磨损率随着温度的升高先增大后下降并趋于稳定,其中含ZrO_(2)复合材料在高温下具有更低的摩擦因数和磨损率,表明ZrO_(2)陶瓷颗粒显著提高了复合材料的高温耐磨性能。在低温下ZrO_(2)陶瓷颗粒增强CoCrW基复合材料表现出不同程度的磨粒磨损和塑性变形,高温下的磨损机制为氧化磨损。