1 1.大连理工大学1. 材料科学与工程学院
2 2.三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024
为了改善CrAlN薄膜的摩擦性能, 本研究在增强磁过滤脉冲偏压电弧离子镀设备上, 用分离靶弧流调控技术在硬质合金基体上分别制备了不同成分的CrAlN-DLC硬质复合薄膜, 并采用不同手段表征了薄膜的表面形貌、成分、相结构以及力学和摩擦性能。结果表明, 不同成分薄膜表面均平整致密, 膜厚均在1.05 μm左右。随着靶弧流比IC/ICrAl的升高, 薄膜中碳的原子分数由33.1%升至74.6%。薄膜的相结构主要由晶体相和非晶相复合组成, 其晶体相主要为c-(Cr,Al)N相, 且随着碳含量增大晶体相减少、晶粒尺寸减小, 其非晶相主要为DLC, 其中sp2/sp3的比值随碳含量增大而减小。相应地, 薄膜的硬度随着碳含量增大而提高, 当碳的原子分数为74.6%时, 达到最大值(26.2±1.4) GPa, 且该成分点处薄膜摩擦系数也降至最小值0.107, 磨损率仅为3.3×10-9 mm3/Nm。综合而言, 当非晶DLC相最多时, CrAlN-DLC复合薄膜的综合性能达到最佳, 较之CrAlN薄膜, 摩擦性能显著提高。
电弧离子镀 硬质复合薄膜 CrAlN-DLC 成分 相结构 硬度 摩擦性能 arc ion plating hard composite films CrAlN-DLC composition phase structure hardness friction performance
1 上海市激光技术研究所,上海 200223
2 上海市激光束精细加工重点实验室,上海 200233
3 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心,上海 200233
4 上海激光智能制造工程技术研究中心,上海 200233
采用皮秒激光在不锈钢表面加工形成了6种不同规则形态的微结构,这些微结构微观形貌呈现微米级类波纹状突起,突起表面分布有一个个纳米级的小微坑。加工区域元素的组成成分基本和基底一样,含量也接近,只有C元素含量有所增加,Fe元素含量有所降低。织构区域的摩擦系数普遍都比无织构区域小,无织构的不锈钢薄板摩擦系数在0.8～0.9之间,而织构过的表面摩擦系数明显降低,在0.1～0.2之间。摩擦系数均呈现出先爬升后稳定的变化,但织构表面相对未织构表面摩擦系数达到稳定状态的时间较短。织构表面摩擦系数在4 000～7 500 s时显著升高,表面微结构的减磨作用贡献结束。织构表面磨斑均比原始表面的磨斑宽,当摩擦方向垂直于织构表面,具有更好的减磨作用。
皮秒激光 表面织构 微结构 摩擦性能 picosecond laser surface texture microstructure friction performance
基于不同的应用背景，通常需要材料表面提供或高或低的摩擦系数，激光喷丸表面造型是改善材料摩擦性能的有效方法之一。通过激光喷丸的方法，采用不同的激光能量在灰铸铁表面制备具有不同深径比的微凹坑阵列，讨论了激光喷丸的原理，研究了微凹坑的表面形貌，并在干摩擦和润滑条件下使用UMT-2摩擦磨损试验仪分别对喷丸前后的试样表面进行了摩擦磨损实验。结果表明，喷丸试样的摩擦系数明显异于未喷丸试样且磨损量明显降低，可适用于各种不同的工程应用场合。
微凹坑 激光喷丸 摩擦性能 micro dents laser peening friction performance
