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Ti(C,N)基金属陶瓷表面电火花沉积自润滑涂层及其摩擦学性能研究

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工具技术 2022年第10期56卷 59-62页

作者：杨林曹同坤吕壮青岛科技大学山东省青岛市266061

为了提高Ti(C,N)基金属陶瓷表面减摩润滑性能,延长零部件使用寿命,采用电火花沉积技术在其表面沉积制备Cu-MoS_(2)自润滑涂层,使用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机对制备的自润滑涂层进行摩擦磨损实验,并对涂层表面形貌进行了研究,分析... 详细信息

为了提高Ti(C,N)基金属陶瓷表面减摩润滑性能,延长零部件使用寿命,采用电火花沉积技术在其表面沉积制备Cu-MoS_(2)自润滑涂层,使用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机对制备的自润滑涂层进行摩擦磨损实验,并对涂层表面形貌进行了研究,分析了MoS_(2)含量对自润滑涂层摩擦磨损性能的影响规律。当涂层厚度约为45.7μm、表面粗糙度约为1.19μm时,涂层表面较为均匀、致密,且在摩擦试验时表现出良好的减摩润滑作用。MoS_(2)含量增加时会提高涂层的润滑性能,但含量过高会导致涂层发生局部脱落;Cu-MoS_(2)自润滑涂层的减摩润滑性能与涂层中MoS_(2)含量有关,主要是因为涂层中MoS_(2)含量会影响涂层表面强度以及涂层与基体的结合效果。

关键词：电火花沉积自润滑涂层金属陶瓷摩擦磨损

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钛合金表面激光熔覆固体自润滑涂层

钛工业进展 2015年第4期32卷 8-12页

作者：王培叶源盛西北有色金属研究院陕西西安710016

综述了激光熔覆技术在钛合金表面制备固体自润滑涂层的研究现状。采用激光熔覆技术可以在钛合金表面制备出具有优异减摩性能的固体自润滑涂层,其减摩效果与所选用的激光器、熔覆材料的成分配比、添加剂的添加方式等有密切关系。最后指... 详细信息

综述了激光熔覆技术在钛合金表面制备固体自润滑涂层的研究现状。采用激光熔覆技术可以在钛合金表面制备出具有优异减摩性能的固体自润滑涂层,其减摩效果与所选用的激光器、熔覆材料的成分配比、添加剂的添加方式等有密切关系。最后指出了今后该技术的发展方向:1开发高水平的激光熔覆设备;2开发新型熔覆材料体系,使其能应用于不同的环境和很宽的温度范围中;3开发多层涂层、智能涂层(如自修复功能)和梯度涂层;4对激光表面熔覆处理过程进行数值模拟,实现激光熔覆过程的定量控制。

关键词：钛合金表面改性激光熔覆自润滑涂层

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镍包石墨自润滑涂层摩擦磨损性能研究

润滑与密封 2008年第9期33卷 58-60页

作者：顾明亮黄国华陈安军江南大学机械工程学院江苏无锡214122

选用镍包石墨粉末,采用氧-乙炔火焰喷涂技术制备镍包石墨自润滑涂层,在球-盘摩擦磨损试验机上探讨了室温条件下镍包石墨自润滑涂层的摩擦磨损性能。运用扫描电镜、X射线衍射仪等微观分析手段,对涂层的磨痕表面形貌、磨损颗粒的成分组成... 详细信息

选用镍包石墨粉末,采用氧-乙炔火焰喷涂技术制备镍包石墨自润滑涂层,在球-盘摩擦磨损试验机上探讨了室温条件下镍包石墨自润滑涂层的摩擦磨损性能。运用扫描电镜、X射线衍射仪等微观分析手段,对涂层的磨痕表面形貌、磨损颗粒的成分组成及形貌进行了分析。研究发现:镍包石墨自润滑涂层平稳摩擦时的摩擦因数在0.25~0.35之间;开始磨损时,以磨粒磨损为主,严重磨损时以疲劳磨损为主,伴有少量的磨粒磨损。

关键词：镍包石墨火焰喷涂自润滑涂层摩擦磨损性能

襟翼滑轨钛合金材料表面激光增材制造耐磨自润滑涂层及其性能评价

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襟翼滑轨钛合金材料表面激光增材制造耐磨自润滑涂层及其性能评价

作者：华石伟中国民航大学

学位级别：硕士

针对襟翼滑轨在服役环境下的易磨损以及与滚轮的硬度不匹配等关键问题,采用表面制备耐磨自润滑涂层是提高其抗磨损性能的有效手段。目前制约耐磨自润滑涂层在襟翼滑轨上应用的主要瓶颈是润滑相、增强相、增韧相热物理参数性能的差异,诱... 详细信息

针对襟翼滑轨在服役环境下的易磨损以及与滚轮的硬度不匹配等关键问题,采用表面制备耐磨自润滑涂层是提高其抗磨损性能的有效手段。目前制约耐磨自润滑涂层在襟翼滑轨上应用的主要瓶颈是润滑相、增强相、增韧相热物理参数性能的差异,诱发涂层的开裂、润滑相的分解等。围绕该难点,论文开展了如下的研究:首先优选了自润滑相TiAlC作为润滑材料,开展了自润滑相TiAlC的含量对钛合金表面激光增材制造耐磨自润滑涂层性能影响研究。结果表明:当TiAlC含量在5-15wt%之间时,可以形成无缺陷的涂层,其中添加的TiAlC质量分数分别为5%、10%、15%时,在距离涂层顶部20μm、120μm、40μm的区域范围内,分布着大量的自润滑相TiAlC,并且当添加的TiAlC含量达到10 wt%时,涂层具有最低的摩擦系数,和最优异的耐磨损性能,质量分数为5%TiAlC、10%TiAlC、15%TiAlC涂层的平均显微硬度分别是基体硬度(320 HV)的1.16～1.22倍。虽然添加10 wt%TiAlC涂层的表面成形质量以及耐磨性能较好,但是涂层的显微硬度较低。为了进一步提高复合涂层的显微硬度,其次开展了添加B粉,原位合成硬质相Ti B的方法进行耐磨性能强化实验的研究。随后展开了添加10 wt%TiAlC-XB（X=3 wt%,6 wt%,9 wt%）复合粉末制备耐磨自润滑涂层的实验研究。结果表明:添加了B粉之后,复合涂层的显微硬度有了明显的改善,且随着B含量的增加复合涂层无论是常温还是500℃下的耐磨性能均逐渐上升,当B含量为9 wt%时,涂层具有显微硬度值最高为630.24 HV,是基体硬度的1.97倍。添加B粉虽然能提高复合涂层的显微硬度,但是涂层的成形质量较差,当B含量超过3 wt%时,涂层表面出现了裂纹。最后,为了能够进一步缓解激光增材过程中涂层内部产生的残余应力,强化复合涂层的各项综合性能,进一步提出使用超声冲击处理去增加涂层表面的压应力。为此在原有实验的基础上,开展了超声冲击消除激光增材制备耐磨自润滑涂层残余应力的研究,并且使用盲孔法测量了涂层表面的残余应力值。结果表明:当B含量为3 wt%时,使用超声冲击能很好的细化涂层表面的晶粒大小,极大的提高了涂层的耐磨损性能。且在500℃的高温磨损条件下,由于形成连续的AlO、Ti O氧化膜,以及高温润滑性能更好的自润滑相TiAlC,并且在超声冲击处理之后涂层的压应力增大,磨粒不易剥落在磨损轨道上而造成二次磨损,使得涂层具有最低的磨损率。使用激光增材和超声冲击复合的制备方法,当B含量为3 wt%时,获得了表面成形质量较好,没有裂纹和气孔,且涂层中既具有目标硬质相Ti B、Ti C,自润滑相TiAlC,且无论在常温还是在500℃的磨损条件下,均表现出优异的耐磨损性能和测试点处99 MPa压应力的复合涂层。

关键词：激光增材制造超声冲击处理 Ti2AlC B 自润滑涂层耐磨性能

激光熔覆铁基石墨/MoS2自润滑涂层组织及磨损性能研究

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激光熔覆铁基石墨/MoS2自润滑涂层组织及磨损性能研究

作者：汪砚青重庆理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,许多机械零件在面对一些极端苛刻的工作条件下,传统的润滑油脂已经不能发挥良好的润滑作用。固体自润滑涂层可以有效提升材料表面的减摩耐磨性能。但是,单一固体润滑剂无法适应复杂的环境。针对这一问题,为了制备出... 详细信息

随着现代工业的发展,许多机械零件在面对一些极端苛刻的工作条件下,传统的润滑油脂已经不能发挥良好的润滑作用。固体自润滑涂层可以有效提升材料表面的减摩耐磨性能。但是,单一固体润滑剂无法适应复杂的环境。针对这一问题,为了制备出能适应极端苛刻条件的自润滑涂层,本文以40Cr钢作为基体材料,使用YAG固体激光器制备出了铁基石墨/MoS自润滑涂层。研究了不同固体润滑剂添加量对涂层的物相、组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响,并对高温环境下铁基石墨/MoS自润滑涂层的摩擦学性能进行了研究。研究结果表明:(1)激光熔覆铁基涂层最优工艺参数为:脉宽6ms,扫描速度180mm/min,电流200A,频率8Hz,离焦量0mm,铺粉厚度0.7mm,搭接率50%。以优化后的工艺参数制备出的熔覆层无明显裂纹、气孔等缺陷,熔覆层表面平整、连续。(2)铁基合金熔覆层主要由α-Fe、Fe-Cr固溶体、CrSi物相组成;添加MoS后的涂层主要由Fe S、Cr S、α-Fe和Fe-Cr固溶体等物相组成。铁基石墨/MoS自润滑涂层物相主要包括MC、CrC、Ni-Cr-Fe、NiB。Wt(Ni-G)=5%的铁基石墨/MoS涂层中S、Cr、C元素含量从涂层顶部到涂层底部逐渐降低,且都分布在枝干上。不同石墨添加量的涂层表面都均匀分布了石墨相,且随着石墨添加量的增加,涂层表面存在的石墨相增加。(3)添加MoS后并未使涂层硬度降低。随着镍包石墨的加入,涂层的硬度得到了明显的提高。Wt(Ni-G)=5%的铁基石墨/MoS涂层硬度达到了746.07 HV,比未添加石墨的涂层硬度高出约100HV。随着镍包石墨的加入,涂层中生成了MC、CrC等大量硬质碳化物,使得涂层硬度升高,但随着石墨添加量进一步增加增加,石墨的溶解程度降低,较软的石墨颗粒存留在涂层中的比例会升高,导致涂层硬度又有所下降。(4)MoS的添加极大地提升了激光熔覆铁基涂层的耐磨性能。在铁基MoS自润滑涂层中,Wt(MoS)=3%时摩擦系数最低,约为0.59,磨损率为2.56×10mm/N·m,仅为铁基涂层磨损率的5%。(5)常温下,当镍包石墨添加量为5%时,铁基石墨/MoS自润滑涂层摩擦系数和磨损率都最低,摩擦系数为0.54,磨损率为1.15×10mm/N·m,其中磨损率比未添加镍包石墨的涂层降低了55%,表现出了良好的减摩性能和耐磨性能。随着温度的升高,铁基涂层、MoS涂层和石墨/MoS涂层摩擦系数都逐渐降低。在500℃下,石墨/MoS涂层摩擦系数为0.35,磨损率为7.93×10mm/N·m,减摩和耐磨性能均优于其余涂层。500℃下,铁基涂层磨痕中存在大量剥落坑和明显犁沟,磨损比较严重,其磨损机制主要为粘着磨损;MoS涂层的磨痕中存在大量的磨屑,但没有形成完整的润滑膜;石墨/MoS涂层形成了比较完整的润滑膜。在室温和500℃时,铁基石墨/MoS复合涂层摩擦系数和磨损率低于添加单一固体润滑剂MoS的铁基涂层,体现出了协同润滑效果。

关键词：激光熔覆铁基石墨 MoS2 自润滑涂层摩擦磨损

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宽温域耐磨自润滑涂层的制备及性能研究

宽温域耐磨自润滑涂层的制备及性能研究

作者：姚阳光上海工程技术大学

学位级别：硕士

30Cr Mn Si合金结构钢因其优异的机械性能而得到广泛使用,但宽温域下抵抗磨损的能力较弱,限制了其在中高温环境中的应用。本文采用激光熔覆方法,以Ni Cr合金粉末、CrC、WS、Ca F以及Ce F·La F复合粉末等为原料,在30Cr Mn Si合金结构钢... 详细信息

30Cr Mn Si合金结构钢因其优异的机械性能而得到广泛使用,但宽温域下抵抗磨损的能力较弱,限制了其在中高温环境中的应用。本文采用激光熔覆方法,以Ni Cr合金粉末、CrC、WS、Ca F以及Ce F·La F复合粉末等为原料,在30Cr Mn Si合金结构钢表面上成功制备出一系列复合涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、硬度计和摩擦磨损测试仪等设备,对所制备复合涂层的物相结构,显微组织,显微硬度及宽温域(室温至800℃)的摩擦磨损特性进行了全面而细致的研究和分析,系统研究了不同种类的固体润滑剂对提高复合涂层耐磨性能所起的作用,通过观察和分析各涂层磨损后的表面显微形貌,阐明不同成分复合涂层的磨损机理。研究结果表明:激光熔覆制备的Ni Cr/CrC-WS-Ca F复合涂层,随着合金粉末中WS含量的增加,涂层中Cr S和Ca S含量逐渐增多。当粉末中WS含量为5wt%和7.5wt%时,两种涂层中WS几乎检测不到且显微组织相差不大,主要由网状的γ相和不规则碳化物构成。当粉末中WS含量达到10wt%时,涂层内部的晶粒最细小,显微组织开始出现团簇状的Fe WS-CrC共晶组织和针状的Ca S-Cr S共晶组织。该涂层平均显微硬度达到了804HV是基材硬度的2.7倍。该涂层在室温下的磨损失重率仅为基材的1/10,室温下磨损机制为黏着磨损并伴随轻微的磨粒磨损。该涂层在400℃下的摩擦系数为0.39,与基体相比下降了37%,其磨损机制主要为黏着磨损和轻微的疲劳磨损。当温度达到800℃时,该涂层的磨损表面出现较多的剥落坑,主要是发生了氧化磨损和疲劳磨损。激光熔覆Ni Cr/CrC-WS-Ce F·La F复合涂层主要由网格状的复合碳化物以及不规则椭圆状的γ相和NiW共晶组织构成,涂层从底部到顶部晶粒逐渐减小,依次由平面晶、胞状晶或树枝晶、等轴晶组成。当粉末中WS和Ce F·La F的含量各占7.5wt%时,涂层的显微硬度最高,平均值达到了790HV,较基体提高了1.6倍。该涂层在室温下的摩擦系数约为0.4,相对基体有明显的下降,涂层磨损后的表面清洁光滑,仅存在微小的刮擦,磨损机制为轻微的磨粒磨损。该涂层在400℃下的磨损失重仅为0.8mg,约为基材的1/9,涂层磨损表面出现较多的转移膜,其磨损机制主要为黏着磨损并伴有微弱的磨粒磨损。该涂层在800℃下的摩擦系数为0.3,较基体的0.82有大幅度的降低。磨损表面存在氧化膜,其磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损。同时在800℃下涂层磨损区域与未磨损区域的主要元素含量几乎没有发生变化,元素分布大致相同,说明该涂层在高温下能保持原有成分,添加的稀土金属氟化物在高温下能够有效地降低摩擦,减少磨损。

关键词：激光熔覆宽温域自润滑涂层组织结构摩擦磨损

阀芯零件熔覆再制造自润滑涂层的组织与性能研究

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阀芯零件熔覆再制造自润滑涂层的组织与性能研究

作者：董月陕西理工大学

学位级别：硕士

阀类设备是控制流体输送系统中的重要装置,具有控制水、气体或其他流体在管路中排入、截止、分流等功能。在恶劣的工况环境下,其阀芯零件常常因磨损、腐蚀等影响而失效,严重影响阀芯零件的服役性能。采用激光熔覆技术对废旧阀芯零件进... 详细信息

阀类设备是控制流体输送系统中的重要装置,具有控制水、气体或其他流体在管路中排入、截止、分流等功能。在恶劣的工况环境下,其阀芯零件常常因磨损、腐蚀等影响而失效,严重影响阀芯零件的服役性能。采用激光熔覆技术对废旧阀芯零件进行再制造修复,不仅能够实现“变废为宝”,实现良好的经济效益,而且节能、节材、减排的社会效益也非常显著。为此,本课题在装备预研领域基金重点项目“涂层自修复强化机理(61400040404)”的资助下,以石油行业废旧平板闸阀核心零件阀芯为研究对象,采用激光熔覆再制造技术在阀芯零件用40Cr钢上制备自润滑涂层,具体研究内容如下:首先,研究激光熔覆自润滑涂层的工艺参数优化方法。将各工艺参数作为输入,涂层稀释率和硬度作为输出,建立涂层BP神经网络模型,再通过PSO-BP神经网络算法搜索满足条件的工艺参数最优解,即得到单道涂层最佳工艺参数组合,并在此基础上获取多道涂层最优搭接率。其次,以最佳工艺参数组合为基准工艺,分别改变工艺的主要参数来制备自润滑涂层,探讨激光功率、扫描速度以及离焦量对涂层组织与性能的研究规律,并对最优工艺参数下涂层组织展开分析。再次,针对阀芯零件用钢使用性能,研究再制造涂层的摩擦磨损行为。设计再制造涂层的摩擦磨损实验方案,从摩擦因数、磨损失重、磨损轮廓和磨损表面形态等角度,对不同载荷、不同转速以及不同Mo S添加量的自润滑涂层摩擦磨损行为进行讨论与分析。最后,在平板闸阀阀芯零件实物表面上进行再制造修复。通过分析阀芯零件受损状态建立三维模型,探讨不同熔覆工艺路径对阀芯零件表面质量的影响,并对修复后的阀芯零件进行效果检测。

关键词：阀芯激光熔覆再制造自润滑涂层组织与性能

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激光熔覆自润滑涂层工艺研究

激光熔覆自润滑涂层工艺研究

作者：姜志恒长春理工大学

学位级别：硕士

磨损是工业生产中造成重大经济损失的主要原因,研究在高负载、无油环境、苛刻工位的机械零件的自润滑涂层技术,具有重要的经济效益。采用激光熔覆技术制备镍基自润滑涂层具有成本低、效率高等特点,添加固体润滑剂材料可以改善工件的减... 详细信息

磨损是工业生产中造成重大经济损失的主要原因,研究在高负载、无油环境、苛刻工位的机械零件的自润滑涂层技术,具有重要的经济效益。采用激光熔覆技术制备镍基自润滑涂层具有成本低、效率高等特点,添加固体润滑剂材料可以改善工件的减摩耐磨性能。本文使用42CrMo钢作为激光熔覆基材,高功率CO激光器作为工艺热源,利用同轴送粉装置,研究了不同激光功率、不同扫描速度、不同固体润滑剂粉末添加量等工艺参数对激光熔覆石墨和MoS自润滑涂层的性能影响。并采用体式显微镜、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机等设备,对不同工艺参数下的涂层进行宏观形貌、微观组织、物相组成、摩擦性能的研究。研究结果表明:(1)分别添加MoS粉末和石墨粉末,均可得到无显著裂纹、气孔等缺陷的涂层表面,在激光功率较高、扫描速度较低时涂层截面气孔缺陷得到缓解,MoS粉末添加量对涂层宏观形貌的影响不明显,石墨粉末添加量较高时,涂层截面气孔夹杂现象加剧。(2)激光熔覆制备MoS自润滑涂层中的MoS分解出的S元素与合金元素生成硫化物具有自润滑性能,Mo元素具有细晶强化作用。石墨自润滑涂层中石墨颗粒发生固态溶解现象,石墨与镍基涂层的密度差导致熔池对流现象,使得自润滑涂层显微组织细化。(3)添加MoS粉末和石墨粉末制备的自润滑涂层,相比于Ni45基体粉末涂层,其减摩抗磨性能得到较大的提升。(4)当激光功率为2.1kW、扫描速度为300mm/min、固体润滑剂粉末质量分数为3%时,MoS自润滑涂层显微硬度为550HV,与未添加固体润滑剂涂层相比,摩擦系数下降24.3%为0.456,减摩性能最好,磨损体积下降59.1%为1.72mm,耐磨性能最好,磨痕形貌为犁沟磨痕和块状脱落,磨损形式为磨粒磨损和轻微的黏着磨损;石墨自润滑涂层的显微硬度为475HV,与未添加固体润滑剂涂层相比,摩擦系数下降20.3%为0.48,减摩性能最好,磨损体积下降70%为1.26mm,耐磨性能最好,磨痕形貌为轻微的犁沟磨损,磨损形式为磨粒磨损。

关键词：激光熔覆自润滑涂层摩擦磨损 MoS2 石墨微观组织

TC4合金激光熔覆耐磨自润滑涂层的组织与性能研究

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TC4合金激光熔覆耐磨自润滑涂层的组织与性能研究

作者：周丹丹天津工业大学

学位级别：硕士

钛合金的弹性模量低、比强度高、具有优异的耐腐蚀性与耐热性,普遍使用在航空、石油、汽车和化工等领域。然而钛合金的摩擦系数大、耐磨性能差等不足限制了它的应用领域。激光熔覆金属-陶瓷复合涂层很大水平上增强了钛合金的硬度和耐磨... 详细信息

钛合金的弹性模量低、比强度高、具有优异的耐腐蚀性与耐热性,普遍使用在航空、石油、汽车和化工等领域。然而钛合金的摩擦系数大、耐磨性能差等不足限制了它的应用领域。激光熔覆金属-陶瓷复合涂层很大水平上增强了钛合金的硬度和耐磨性。常选用Ni基合金与陶瓷粉末的混合粉末作为熔覆材料制备Ni基耐磨复合涂层,使熔覆涂层的硬度与耐摩性大幅度提高。但随着现代工业的不断发展,不仅需要提高熔覆涂层的耐磨性,还要求涂层具备自润滑性来满足难以使用润滑油的工况。因此,常在熔覆涂层中加入一定的固体润滑剂,如在Ni基合金中加入h-BN、WS2、CaF2等来制备Ni基耐磨减摩涂层。本文选用h-BN、Ti3SiC2作为润滑剂来制备Ni基自润滑耐磨减摩涂层,使用XRD、SEM、EDS等设备观察涂层的显微组织并分析其物相构成,使用显微硬度仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站测试了涂层的硬度、耐磨性及耐蚀性能,解释了熔覆材料对熔覆层的强化机理与润滑机制。研究结果如下:Ni60+h-BN熔覆涂层物相主要由TiC、TiB、TiB2、CrB、Ni3B、Ni2B和较少的h-BN组成。当h-BN含量为10%,P=3kW,V=8mm/s时获得最大硬度值在1200 HV0.5左右,并获得了最小摩擦系数在0.37～0.4之间比Ni60熔覆涂层降低36%,最小磨损量2.6 mg与Ni60涂层相差不多。Ni60+10%h-BN涂层随扫描速度的增加,腐蚀电位均正向移动,在V=10mm/s的耐腐蚀性最佳。Ni60+Ti3SiC2 熔覆涂层物相主要由 TiC、TiB2、Ti3SiC2、Ti5Si3、γ-Ni 固溶体、(Ti,V)C金属化合物组成。当Ti3SiC2含量为7.5%,P=3kW,F=10mm/s时熔覆层获得了最大显微硬度,在1150～1300HV0.2之间;当Ti3SiC2含量为10%,P=3 kW,V=12 mm/s时熔覆层获得了最小的摩擦系数在0.2～0.24之间比Ni60涂层降低将近40%,获得最小磨损量1.1 mg比Ni60涂层降低50%左右。涂层的耐腐蚀随Ti3SiC2含量的增加性能呈现先增强后减弱的趋势,含量为7.5%时获得最佳的耐腐蚀性能。

关键词：钛合金激光熔覆自润滑涂层 h-BN Ti3SiC2 摩擦磨损