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
为了解决40Cr钢零部件表面磨损问题, 结合表面织构理论, 采用激光相变硬化工艺制备分布规则的不同形状(圆形、条状)软硬耦合表面。通过扫描电镜、X射线衍射、摩擦磨损实验和超景深显微镜分别分析相变区微观组织、物相, 评估表面抗磨损性能、磨损表面形貌。结果表明, 圆形相变区截面硬度高于条状, 平均介于(720±3)HV0.1, 且淬硬层较深; 相变后生成马氏体、Cr7C3、Fe7C3; 对比40Cr钢未处理表面与软硬耦合表面摩擦系数, 软硬耦合表面摩擦系数均低于0.5且波动小, 具备好的摩擦稳定性;磨损表面损伤小, 源于磨损过程硬质相能够阻碍磨屑运动、减少表面损伤, 软相区可以缓存能量和碎屑, 软相区以梨削、粘着损伤为主, 硬相区以小点蚀坑为主, 900W圆形软硬耦合表面减磨耐磨效果最好; 塑韧好、表面规律分布、一定比例(50%)硬质相能够有效提升和改善材料工作表面抗磨损性能, 改善对磨副接触表面, 进而能够稳定摩擦系数。该研究可为改善40Cr零部件表面磨损提供参考。
激光技术 材料 选择性激光相变 表面织构 摩擦性能 laser technique materials selective laser transromation harding surface texture friction property
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
1 中北大学机电工程学院, 山西 太原 030051
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
研究了激光冲击强化对AZ91D镁合金力学性能的影响, 通过对激光冲击强化前后的试件进行表面三维形貌观测、显微硬度测试、拉伸测试以及摩擦测试, 探究了激光冲击强化对AZ91D镁合金力学性能的影响机理, 同时探讨了材料硬度的提高与拉伸性能、摩擦性能之间的关系。结果表明, 激光冲击强化能有效地提高材料的机械性能、显微硬度及抗拉强度; 摩擦系数下降明显, 磨痕宽度、磨痕深度和磨损面积随着激光冲击强化次数的增加而减小。磨痕的犁沟状特征也会随着冲击次数的增加而逐渐消失。
激光冲击强化 AZ91D镁合金 显微硬度 拉伸性能 摩擦性能 laser shock peening AZ91D magnesium alloy microhardness tensile properties friction properties
采用激光熔覆技术, 在1Cr17Ni2钢表面制备了不同含量SiC的NiAl-SiC复合涂层, 研究分析了熔覆层的物相、微观组织结构、化学成分和摩擦性能。结果表明, 熔覆层主要包含AlFe0.23Ni0.77和AlNi物相; NiAl-SiC复合涂层中存在微裂纹、空隙及脱落等缺陷; SiC质量分数为3%的熔覆层和基体的平均摩擦系数分别为0.731和1.260, 熔覆层的耐磨性优于基体的。
激光技术 激光熔覆 涂层 显微组织 摩擦性能 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 091406
1 上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201600
超短脉冲激光表面织构化具有工艺简单、加工速度快、精密微细等优点，是最具广泛应用前景的表面织构制备方法之一。利用超短脉冲激光技术可以在材料表面诱导出多种微纳结构以达到控制其摩擦性能的目的。介绍了利用超短脉冲激光表面织构化技术调控材料摩擦性能的研究进展，同时探讨了其在诸多领域的潜在应用。
激光技术 超短脉冲激光 微纳结构 微纳织构 表面织构化 摩擦性能 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 110003
华南理工大学机械与汽车工程学院， 广东 广州 510640
采用激光选区熔化（SLM）技术成型CoCrMo合金标准样件，并将SLM成型的CoCrMo合金和铸造CoCrMo合金分别与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）样件配副进行摩擦磨损实验。实验结果表明，在干摩擦、生理盐水、人工唾液和小牛血清4种润滑条件下，SLM成型的CoCrMo合金摩擦系数均小于铸造CoCrMo合金。另外，不同润滑条件下，SLM成型的CoCrMo/UHMWPE和铸造CoCrMo/UHMWPE的磨损机理不同。
激光技术 激光选区熔化 钴铬钼合金 润湿性能 金相组织 表面微观形貌 摩擦性能 光学学报
2016, 36(11): 1114003
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
四川大学 高分子科学与工程学院 高分子材料工程国家重点实验室,四川 成都 610065
采用一步法,以N,N-二(4-氨基苯基)-4-(十二烷氧基联苯基)-4’-氨基苯醚 (C12-BAAPE)为控制预倾角的功能性二胺,2,2’-双三氟甲基-4,4’-联苯二胺 (TFDB)或4,4’-二氨基二苯醚 (ODA)为辅助二胺,分别与2,2’-双(3,4-二羧苯基)六氟丙烷四羧酸二酐 (6FDA)和4,4’-联苯醚二酐 (ODPA)聚合,得到三种主链结构不同的聚酰亚胺 (PI-1、PI-2和PI-3)。利用NMR、FT-IR、DSC、TGA、偏光显微镜和预倾角测试仪对聚合物的结构、热性能以及制备的液晶盒的取向性进行了表征,同时测试了3种PI的溶解性能。结果表明,PI-2液晶取向膜的耐摩擦性能明显优于PI-1和PI-3,且具有更高的玻璃化转变温度 (Tg)和分解温度 (Td),更好的溶解性能。分子模拟 (MS)表明,由于PI-2分子主链垂直构象的存在,增加了分子链的刚性,因而提高了取向膜的耐摩擦性能。
聚酰亚胺 主链结构 液晶取向膜 垂直取向 耐摩擦性能 polyimide backbone structure LC alignment layer vertical alignment rubbing resistance
1 中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083
2 中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
采用自行设计的液相法沉积装置,以甲醇有机溶剂作为碳源,利用液相电化学沉积技术在不锈钢及Si基底上制备了类金刚石薄膜;用扫描电镜、Raman光谱仪表征了沉积薄膜的表面形貌和结构;用UMT-2M摩擦磨损试验机对两种沉积薄膜进行了摩擦性能测试。结果表明: 经电化学沉积的类金刚石薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332 cm-1处有强的谱峰,与金刚石的特征峰相吻合,其中不锈钢基底上薄膜的sp3含量更高;不锈钢基底沉积膜的摩擦系数为0.12,Si片基底沉积膜的摩擦系数为0.10;不锈钢基底沉积膜的耐磨性较Si片沉积膜高。
液相电化学沉积 类金刚石薄膜 Raman光谱 摩擦性能 liquid electro-deposition DLC films Raman spectroscopy friction behavior 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024136
