热喷涂技术制备减摩耐磨膜层及其摩擦磨损机理
高速条件下的减摩耐磨涂层制备
㊀第39卷㊀第10期2020年10月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.39㊀No.10Oct.2020收稿日期:2019-05-31㊀㊀修回日期:2019-10-28第一作者:苏静雨,女,1994年生,硕士研究生通讯作者:蔡洪能,男,1967年生,教授,博士生导师,Email:hntsai@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.201905039高速条件下的减摩耐磨涂层制备苏静雨,蔡洪能,雷逸舟,魏志远(西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西西安710049)摘㊀要:工件在高速条件下工作时,由于同时受到摩擦磨损和高温的作用,会对其造成十分严重的损伤㊂针对在高速条件下工作的摩擦副,借助超音速火焰喷涂技术制备了含Ni 包MoS 2的Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2减摩耐磨涂层,以期提高工件接触表面的耐磨损性能,减小工件表面的摩擦因数,延缓工件基体表面的升温速率㊂通过三因素三水平正交试验计算出了最优喷涂工艺参数,包括送粉速率㊁O 2流速㊁C 3H 8流速㊂对所获得的减摩耐磨涂层进行扫描电镜观察和X 射线衍射分析,观察不同Ni 包MoS 2含量涂层的显微形貌,统计不同Ni 包MoS 2含量涂层的孔隙率,分析确定不同Ni 包MoS 2含量涂层的成分㊂最后,结合摩擦磨损试验,分析不同Ni 包MoS 2含量对Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2涂层减摩耐磨性能的影响,从而得到性能优异的减摩耐磨涂层㊂关键词:高超声速;超音速火焰喷涂;减摩耐磨涂层;NiCr-Cr 3C 2;高温中图分类号:TG174.44㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2020)10-0769-07Preparation of Anti-Friction and Wear-ResistantCoating at High SpeedSU Jingyu,CAI Hongneng,LEI Yizhou,WEI Zhiyuan(State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials,Xi a n Jiaotong University,Xi a n 710049,China)Abstract :When the workpiece is working under high-speed conditions,it will suffer serious damage due to the effect offriction,wear and high temperature.Aiming at the friction pairs working under high-speed conditions,Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2anti-friction and wear-resistant coatings containing Ni-coated MoS 2were prepared by means of high velocity oxygen fuel (HVOF)spraying technology,in order to improve the wear resistance of the contact surface of the workpiece,reduce the friction coefficient of the workpiece surface and delay the temperature rise of the substrate surface.In this paper,the opti-mum spraying process parameters were calculated by the orthogonal test method with three factors and three levels,including powder feeding rate,oxygen flow rate and the fuel C 3H 8flow rate.The anti-friction and wear-resistant coatings were observed by SEM and X-ray diffraction analysis.The micro-morphology of the coatings with different Ni-coated MoS 2content was ob-served,the porosity of the coatings was counted,and the composition of the coatings was determined after analysis.Finally,according to the friction and wear tests result,the effect of different Ni-coated MoS 2content on the friction and wear resist-ance of Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2coatings was analyzed,and the excellent anti-friction and wear coatings were prepared.Key words :hypersonic;high velocity oxygen fuel (HVOF)spraying;anti-friction and wear-resistant coating;NiCr-Cr 3C 2;high temperature1㊀前㊀言摩擦副在工作时一般都会发生磨损,并且磨损量会随着接触面运行速度的提高而增加㊂张志浩等[1,2]的研究表明,摩擦往往伴随着温度的升高,摩擦越严重,磨损量越多,升温就会越迅速,因此摩擦副在高速条件下的磨损会更加严重,升温也会更加迅速,形成恶性循环㊂本工作的工件在高速滑动环境下工作,最高速度可达到100m /s,由于运行过程易受非定常气动力和摩擦副表面不平顺度等的影响,所以在实际运行过程中,摩擦副会产生间歇性的接触和冲击,导致材料需要承受非常高的应变以及由摩擦热产生的快速升温所带来的影响㊂Andrew 等[3]的研究表明,由摩擦产生的大量热使接触面温度迅速升高,能够使金属材料发生软化,进而影响其塑性变形过程㊂热喷涂,是指将涂层材料加热熔化,用高速气流将其雾化成极细的颗粒,并以很高的速度喷射到工件表面,形成涂层㊂根据选用涂层材料的不同,工件可以获得耐中国材料进展第39卷磨损㊁耐腐蚀㊁抗氧化㊁耐热等一种或数种性能㊂本文将超音速火焰(HVOF)喷涂制得的涂层应用在高速摩擦副中,起到了减摩耐磨且使温度缓慢升高的作用㊂金属陶瓷是由金属或合金粘结相与陶瓷硬质相组成的复合材料,因此兼具金属韧性好和陶瓷相硬度高㊁耐磨性好㊁耐腐蚀强等特点㊂在金属表面喷涂金属陶瓷涂层,不仅可以节省由于摩擦㊁腐蚀等因素带来的材料损耗,而且制备工艺简单㊁成本低廉,具有广泛的应用价值㊂Tabakov 等[4]指出,金属陶瓷涂层以镍㊁钼及其他合金作为粘结相,以碳化物陶瓷芯及外围包覆的碳化物固溶体(环形相)陶瓷颗粒作为硬质相,由金属粘结相和陶瓷颗粒硬质相组成微观组织来提高材料的结构性能㊂曾爱香等[5]指出,金属陶瓷涂层综合了金属材料和陶瓷材料两者的优点,被广泛应用于航空航天㊁冶金㊁切削刀具㊁模具和生物医学等领域㊂目前,以WC-Co㊁NiCr-Cr 3C 2等为代表的碳化物金属陶瓷已被广泛应用于制造耐磨涂层,以提高零部件的使用寿命,其中NiCr-Cr 3C 2多用于530~900ħ的磨损工况[6],可满足工件在高速下的最高温度(800ħ)㊂Stewart 等[7]通过对比常规复合材料和纳米复合材料超音速火焰喷涂涂层的磨料磨损行为,发现纳米复合材料制备的涂层具备更好的耐磨性能㊂众多研究指出,目前超音速火焰喷涂涂层已被广泛应用于NiCr-Cr 3C 2等碳化物类金属陶瓷涂层材料的喷涂[8-12]㊂Sliney [13]指出,在1000ħ或更高温度下,应当使用自润滑金属陶瓷和无机复合材料㊂减摩自润滑复合粉末选用纯金属材料(Ni,Co,Ag,Cu,Cr,Mo,W,Ta 等)包覆摩擦系数低㊁硬度低㊁具有自润滑性能的复合材料(石墨㊁MoS 2㊁WSe 2㊁CaF 2㊁聚四氟乙烯等固体润滑剂)㊂Zhao 等[14]指出,减摩自润滑涂层在滑动摩擦过程中,包覆层金属可提供足够的结合强度和必要的力学性能,固体润滑剂则会在滑移表面形成一层低摩擦系数的转化膜,因而该复合涂层具有良好的减摩润滑作用㊂所以,减摩自润滑涂层通常被用于制备无油润滑㊁干摩擦㊁边界润滑条件下的机械摩擦副涂层㊂有研究者[15-19]也提出,常用的固体润滑剂有石墨和MoS 2,二者均为层状六方晶系结构,这种结构具有各向异性,因此在剪切力的作用下,这些容易滑移的晶面可使该固体润滑剂具有优异的自润滑性能㊂Ripoll 等[20,21]综述道,MoS 2是一种略带银灰色光泽的黑灰色粉末,化学稳定性和热稳定性都很好,既与一般的金属材料表面不发生化学反应,又对橡胶材料无腐蚀㊂通常采用金属Ni 包覆MoS 2颗粒,形成复合粉末材料,这样不仅能提高涂层与基体的结合强度,润湿并固化MoS 2颗粒,还可以提高涂层的耐热和耐蚀性能㊂查柏林等[22]进一步提出了利用摩擦材料的复合化,比如在Ni 包MoS 2粉末中引入增强相NiCr-Cr 3C 2,可以充分发挥自润滑材料和增强相各自的优势,提高材料的减摩耐磨性能㊂本文通过使用超音速火焰喷涂技术在Max300基体上制备含Ni 包MoS 2的NiCr-Cr 3C 2减摩耐磨复合涂层,对涂层制备工艺参数进行优化,对涂层进行XRD 和显微组织分析,并对涂层的摩擦性能进行相应的测试㊂该研究结果为高速条件下减摩耐磨涂层的制备提供了科学依据㊂2㊀试验材料及设备2.1㊀喷涂粉末本次试验选用的涂层材料是含MoS 2的NiCr-Cr 3C 2减摩耐磨复合涂层,其中NiCr-Cr 3C 2粉末来自美科公司,牌号为Woka7302㊂Woka7302粉末通过团聚烧结和等离子致密化制备而成,该制备工艺可有效减少Woka7302粉末中的孔隙,使其致密化程度和球形度得到明显提高,其工作温度可达870ħ,SEM 照片如图1a 所示,可以看出该粉末粒度均匀㊂通过扫描电镜分析可知,该粉末由长条形的碳化物和金属相包裹呈球形,且粉末致密度很高㊂图1b 的XRD 分析结果也表明了该粉末主要由NiCr 固溶相以及Cr 3C 2硬质相组成㊂图1㊀Woka7302粉末的SEM 照片(a)和XRD 图谱(b)Fig.1㊀SEM image (a)and XRD pattern (b)of Woka7302powder77㊀第10期苏静雨等:高速条件下的减摩耐磨涂层制备㊀㊀图2a是Ni包MoS2粉末的SEM照片,可以看出该粉末呈扁平状㊂由于该粉末是通过纳米粉末团聚得到的,因此其孔隙率较高且形状不规则㊂图2b是Ni包MoS2粉末的XRD分析图谱,通过衍射峰可以看出,该粉末由Ni 基体和MoS2组成,呈现双相结构㊂图2㊀Ni包MoS2粉末的SEM照片(a)和XRD图谱(b) Fig.2㊀SEM image(a)and XRD pattern(b)of Ni-coated MoS2powder2.2㊀基体材料本次试验采用的基体材料为Vasco Max300钢,化学成分如表1所示㊂摩擦副试样制成Φ44ˑ5mm的圆盘,厚度为5mm㊂摩擦对副材料为U71Mn钢,试样制成销㊂拟通过后续的销盘试验进行上述摩擦副材料减摩耐磨性能试验㊂表1㊀Vasco Max300钢化学成分Table1㊀Chemical composition of Vasco Max300(ω/%)Element C Si Mn S P Co Ni Mo Ti Al Contentɤ0.03ɤ0.1ɤ0.1ɤ0.01ɤ0.018.0~9.518~19 4.6~5.20.55~0.80.05~0.152.3㊀喷涂设备采用西安交通大学自主研制的CH-2000超音速火焰设备进行喷涂,喷涂前需对基体进行150ħ的预热㊂3㊀涂层制备及分析3.1㊀喷涂前预处理首先使用超声发生器以及浓度为3%的稀盐酸对试样表面进行超声酸洗,以除去样品表面的锈蚀产物和氧化膜等,清洗时间为10min㊂接着将酸洗过的喷涂基体试样用丙酮清洗10min,以除去基体试样表面的油污㊂最后对喷涂基体进行喷砂处理,喷砂压力为0.3MPa,喷砂时间为10min㊂采用机械混粉方式对两种涂层粉末进行混合㊂考虑到若混粉速率过小则粉末混合不均匀,混粉速率过大则粉末在剪切力作用下会发生破碎,容易堵枪,所以在查阅文献和经过几次初步试验后确定混粉工艺参数为:混粉速率60r/min,混粉时间8h㊂涂层粉末充分混合后,将其置于真空炉中120ħ保温4h,烘干水分后取出㊂超音速火焰喷涂对涂层粉末的粒度也有一定的要求,在喷涂之前还需要用筛子把粉末筛选出来,控制粉末颗粒尺寸范围为40~100μm㊂3.2㊀确定喷涂参数3.2.1㊀Cr3C2-25NiCr涂层基于当前超音速火焰喷涂Cr3C2-25NiCr涂层的研究进展,选取送粉速率㊁助燃气流速和燃气流速3个超音速火焰喷涂的主要工艺参数为研究对象,开展涂层的三因素三水平正交试验,探索这些参数对喷涂组织及性能的影响,得出最优参数组合㊂通过正交分析,可获得涂层结构与喷涂工艺参数之间的定量关系,在阐明定量结构参数变化规律的基础上,为探讨结构参数对涂层减摩耐磨性能的影响规律㊁获得超音速火焰喷涂Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层最优参数组合提供参数㊂本次试验所用燃气为工业用丙烷气体(C3H8),压力为0.40MPa;助燃气为工业用氧气(O2),压力为0.90MPa;送粉气为工业用氮气(N2),压力为0.40~0.48MPa,流速为18L/min,喷涂距离为180mm㊂Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层喷涂参数取值如表2所示㊂根据送粉速率㊁O2流速和C3H8流速设计正交试验,根据结合强度㊁硬度和摩擦系数的权重进行涂层性能综合评价,方案如表3所示㊂177中国材料进展第39卷表2㊀Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层喷涂参数水平与取值Table2㊀Spraying parameter level and value of Woka7302Cr3C2-25NiCr coating Level Powder feedingrate/(g/min)Oxygen flowrate/(L/min)C3H8flowrate/(L/min)141.2183.318.4 246.1166.716.8 352.7150.020.0表3㊀Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层正交试验喷涂方案及工艺参数Table3㊀Orthogonal experimental spraying scheme and process parameters of Woka7302Cr3C2-25NiCr coatingNumber Powder feedingrate/(g/min)Oxygen flowrate/(L/min)C3H8flowrate/(L/min)1#41.2183.318.42#41.2166.716.83#41.2150.020.04#46.1183.316.85#46.1166.720.06#46.1150.018.47#52.7183.320.08#52.7166.718.49#52.7150.016.8正交试验中,设计涂层厚度为300μm,9组不同工艺参数组合下超音速火焰喷涂Cr3C2-25NiCr涂层的显微组织形貌如图3所示,其中图3a~3i中的a~i涂层分别对应1#~9#工艺参数组合㊂由图3可知,Cr3C2-25NiCr涂层呈层状结构,但层状结构不是很明显㊂此外,借助EDS可分析得到涂层中有大量碳化物存在,这是由于采用超音速火焰喷涂时,火焰温度为3000ħ左右,因此粉末粒子中的大部分碳化物得以保存在涂层中,使得涂层中碳化物含量较高,并导致涂层的孔隙率增加㊂9组不同参数下的涂层在碳化物含量和孔隙率方面差别明显,这说明送粉速率㊁O2和C3H8流速会在很大程度上影响涂层的组织结构,c涂层和f涂层中存在少量层间裂纹和纵向裂纹㊂对9组涂层进行性能测试可以得出:f涂层孔隙率最高,为4.475%,c涂层孔隙率最低,为2.265%; d涂层碳化物含量最高,为63.4%(质量分数),f涂层碳化物含量最低,为47.9%;c涂层显微硬度最高,为9827.5MPa,d涂层显微硬度最低,为7200.4MPa;c涂层结合强度最高,为76.09MPa,e涂层结合强度最低,为58.12MPa;d涂层热震次数最多,为15次,f涂层和h涂层热震次数最少,为11次;e涂层磨损失重量最多,为3.8mg,d涂层磨损失重量最少,为1.0mg㊂对上述正交试验的超音速火焰喷涂Woka7302Cr3C2-图3㊀正交试验超音速火焰喷涂Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层的SEM照片(a~i)及局部EDS分析结果(j)Fig.3㊀SEM images(a~i)and local EDS analysis(j)of Woka7302 Cr3C2-25NiCr coatings sprayed by supersonic flame by orthogo-nal test25NiCr涂层i进行X射线衍射分析,结果如图4所示㊂涂层中主要为NiCr的固溶体相以及Cr3C2硬质相,此外,涂层中还包含少量由于失碳而生成的Cr7C3和氧化而生成的Cr2O3㊂结合图3可知,深灰色的为Cr3C2相均匀弥散分布在涂层中,浅灰色主要为NiCr粘结相以及Cr的氧化物㊁碳化物的混合相㊂通过对上述9种情况进行正交试验计算,可得出CH-2000超音速火焰喷涂Woka7302Cr3C2-25NiCr涂层的最优参数组合为:送粉速率41.2g/min,O2流速183.3L/min,C3H8流速16.8L/min㊂277㊀第10期苏静雨等:高速条件下的减摩耐磨涂层制备图4㊀超音速火焰喷涂Woka7302Cr 3C 2-25NiCr 涂层的XRD 分析图谱Fig.4㊀XRD pattern of HVOF spraying Woka7302Cr 3C 2-25NiCrcoatings3.2.2㊀Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2减摩耐磨复合涂层在上述正交试验结果的基础上探索Ni 包MoS 2对Cr 3C 2-25NiCr 涂层的影响,并得到最适宜的Ni 包MoS 2配比,使涂层在具备耐磨性能的同时增加一定的减摩性能㊂分别设置了4组超音速火焰喷涂试验,其中Ni 包MoS 2含量分别为0%,8%,16%和24%(质量分数,下同)㊂喷涂时的燃气(C 3H 8)㊁助燃气(O 2)压力,送粉气(N 2)压力与流量,喷涂距离与3.2.1节试验中取值相同,送粉速率㊁O 2流速和C 3H 8流速取最优值㊂超音速火焰喷涂Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2复合涂层的具体制样方案如表4所示㊂3.3㊀Ni -25MoS 2/NiCr -Cr 3C 2减摩耐磨复合涂层3.3.1㊀微观组织及成分4组试验的涂层厚度均在200~300μm 之间,图5a ~表4㊀超音速火焰喷涂Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2复合涂层试验方案Table 4㊀Test scheme of supersonic flame spraying Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2composite coatingsNumber Powder feeding rate/(g /min)Oxygen flow rate /(L /min)C 3H 8flow rate/(L /min)Spraying distance/mmCr 3C 2-25NiCr /wt%Ni coated MoS 2/wt%2-1#2-2#2-3#2-4#41.2183.316.81801000928841676245d 为Ni 包MoS 2含量分别为0%,8%,16%和24%的Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2涂层的SEM 照片㊂由图5a 可知,原始粉末中的不规则碳化物颗粒含量较高,涂层组织较为均匀㊂进一步对涂层的孔隙率进行统计,结果显示:4组涂层试样断面的孔隙率分别为2.26%, 6.00%,0.50%和4.00%㊂由此可知,当Ni 包MoS 2含量为8%时,涂层孔隙率最高;当Ni 包MoS 2含量为16%时,涂层孔隙率最低,且此时涂层组织最为均匀致密㊂综上,随着Ni 包MoS 2含量的增加,涂层孔隙率呈现先增加后降低然后再增加的趋势㊂此外,由图5还可以观察到,添加的Ni 包MoS 2含量不同,粉末粒子的熔化程度也不同,当Ni 包MoS 2含量为24%时,涂层中未熔颗粒的数量明显增加㊂Ni 包MoS 2含量对Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2涂层的组织结构影响显著㊂为确定涂层成分,利用扫描电镜对含有16%Ni 包MoS 2的Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2涂层进行EDS 分析,EDS结果如图6所示㊂由EDS 分析结果可知,该涂层主要由3种成分组成,最暗的深灰色相(谱图1)为原始粉末中的Cr 3C 2陶瓷相,最亮的白色相(谱图2)为加入的Ni 包MoS 2,而浅灰色的相(谱图3)主要是NiCr 相和Cr碳化物图5㊀不同Ni 包MoS 2含量的Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2涂层的SEM照片:(a)0%,(b)8%,(c)16%,(d)24%Fig.5㊀SEM images of Ni-25MoS 2/NiCr-Cr 3C 2coating with differentcontents of Ni-coated MoS 2:(a)0%,(b)8%,(c)16%,(d)24%的混合相㊂这3种相在涂层中均匀分布,从MoS 2的分布来看,涂层中减摩成分较均匀,未出现明显的聚集现象㊂结合图5分析可知,随着喷涂粉末中Ni 包MoS 2含量由377中国材料进展第39卷0%增加至24%,涂层中实际保留下来的Ni包MoS2含量(亮白色区域含量)呈现先增加后减少的趋势㊂这是因为添加的Ni包MoS2含量不同,粉末粒子的熔化程度也不同,当Ni包MoS2的含量为24%时,从微观组织可以看出,涂层中未熔颗粒的数目明显增加,导致Ni包MoS2含量反而变少㊂因此,当Ni包MoS2的含量为16%时,超音速火焰喷涂的涂层中Ni包MoS2含量最高㊂为进一步分析该涂层的相成分,对其进行了XRD分析,如图7所示,涂层中的主要相为NiCr㊁Cr3C2陶瓷相以及Cr7C3㊂另外,由于Ni包MoS2粉末中MoS2只占25%左右,因此涂层中MoS2的含量较低,在XRD分析结果中,MoS2以微量相的形式存在㊂另外,涂层中也有少量Cr氧化物Cr2O3和Cr高碳化物Cr23C7存在㊂因此,可以推知:图6中浅灰色相的主要成分是Cr3C2以及在喷涂过程中失碳生成的Cr7C3㊂图6㊀Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2涂层能谱分析结果(Ni包MoS2含量为16%)Fig.6㊀Energy spectra analysis results of Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2 Coating(16wt%Ni-coated MoS2)图7㊀Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2涂层XRD图谱(Ni包MoS2含量为16%)Fig.7㊀XRD pattern of Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2coating(16wt%Ni-coa-ted MoS2)3.3.2㊀摩擦性能图8是销盘试验中4组涂层试样和Max300钢的稳定摩擦因数㊂由图8可知,未加入Ni包MoS2的Cr3C2-25NiCr涂层稳定摩擦因数为0.72,高于Max300钢的稳定摩擦因数(0.60)㊂加入Ni包MoS2之后,涂层摩擦因数出现明显下降,当Ni包MoS2含量为16%时,其稳定摩擦因素最低,为0.45;进一步增加Ni包MoS2含量至24%时,摩擦因数出现小幅升高,这与最终涂层中保留的Ni包MoS2有关㊂Ni包MoS2含量分别为8%,16%和24%的Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2涂层稳定摩擦因数与Max300基体相比,分别下降了16.7%,25%和20%,与未加入Ni包MoS2的Cr3C2-25NiCr涂层相比分别下降了30.5%,37.5%和33.3%㊂图8㊀不同Ni包MoS2含量Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2涂层及基体的稳定摩擦因数Fig.8㊀Stable friction factors of Ni-25MoS2/Cr3C2-25NiCr coating and substrate with different Ni-coated MoS2content477㊀第10期苏静雨等:高速条件下的减摩耐磨涂层制备综合来看,相比于没有加入Ni包MoS2的Cr3C2-25NiCr 涂层来说,加入了Ni包MoS2的Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2减摩耐磨涂层摩擦系数得到了明显降低㊂且当Ni包MoS2含量为16%时,其摩擦系数降低幅度最大㊂4㊀结㊀论本研究首先采用正交试验方法计算出Cr3C2-25NiCr 涂层粉末的最佳喷涂参数,接着通过添加Ni包MoS2粉末制备了4种含有不同Ni包MoS2含量的Ni-25MoS2/ NiCr-Cr3C2减摩耐磨涂层,并对该涂层的形貌㊁成分和摩擦系数进行了分析与比较,并得出了以下结论: (1)CH-2000超音速火焰喷涂Woka7302Cr3C2-25NiCr 涂层的最优喷涂工艺参数组合为:送粉速率41.2g/min, O2流速183.3L/min,C3H8流速16.8L/min㊂(2)采用超音速火焰喷涂得到的Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2涂层主要由3种成分组成:Cr3C2㊁Ni包MoS2以及NiCr固溶相,同时还含有少量Cr7C3和Cr2O3㊂该涂层相分布均匀,减摩成分MoS2也分布较均匀,没有出现明显的聚集现象㊂(3)随着Ni包MoS2含量的增加,涂层孔隙率呈现先增加后降低然后再增加的趋势㊂当Ni包MoS2含量为8%时,涂层孔隙率最高;当Ni包MoS2含量为16%时,涂层孔隙率最低㊂(4)4种不同Ni包MoS2含量的Ni-25MoS2/NiCr-Cr3C2减摩耐磨涂层的稳定摩擦因数对比Max300基体均有了很大幅度的下降㊂相比于Max300基体,当Ni包MoS2含量为16%时,涂层摩擦因数降低了25%㊂参考文献㊀References[1]㊀张志浩,索忠源,姜峰,等.材料热处理学报[J],2018,39(12):78-83.ZHANG Z H,SUO Z Y,JIANG F,et al.Transactions of Materials and Heat Treatment[J],2018,39(12):78-83.[2]㊀朱帅帅,费炜杰,张保森,等.金属热处理[J],2018,43(12):47-52.ZHU S S,FEI W J,ZHANG B S,et al.Heat Treatment of Metals [J],2018,43(12):47-52.[3]㊀ANDREW G.Structure,Structure Dynamics and Materials Conference[C].Newport,Rhode Island:American Institute of Aeronautics andAstronautics,2006,5.[4]㊀TABAKOV V P,CHIKHRANOV A V.Russian Engineering Research[J],2018,38(2):105-109.[5]㊀曾爱香,唐绍裘.表面技术[J],1999,28(1):3-8.ZENG A X,TANG S Q.Surface Technology[J],1999,28(1):3-8.[6]㊀JI G C,Li C J,WANG Y Y,et al.Materials 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摩擦磨损降低机理与表面涂层
摩擦磨损降低机理与表面涂层摩擦磨损是指两个物体之间的相互运动引起的表面损失现象。
在工程实践中，摩擦磨损问题会导致机械部件性能下降、寿命缩短甚至故障。
因此，深入了解摩擦磨损机理，并采取相应的措施进行预防和改善，对于保证机械设备的可靠运行至关重要。
近年来，表面涂层技术在解决摩擦磨损问题上表现出良好的应用前景，其能够有效地降低机械部件的摩擦磨损，提高其使用寿命。
那么，摩擦磨损的基本机理是什么呢？首先，我们需要理解摩擦磨损是一个复杂而多变的过程，涉及多个物理和化学因素。
最常见的摩擦磨损机制包括磨料磨损、表面疲劳破坏和润滑薄膜破裂等。
磨料磨损是指固体颗粒在两个物体之间进行滚动、滑移和切削等相互作用，从而引起表面的粒子脱落和剥离。
摩擦磨损时，两个物体的表面会产生摩擦力，这会导致表面微观粗糙度的失真，从而促使相互之间的颗粒更容易脱落。
表面疲劳破坏是指在长时间的往复摩擦作用下，材料表面会发生微裂纹的产生和扩展。
当应力施加到裂纹尖端时，裂纹会继续扩展，最终导致材料的疲劳破裂。
润滑薄膜破裂是指摩擦界面上形成的润滑薄膜无法承受高压和高温的作用，从而破裂。
润滑薄膜的破裂会导致直接接触和摩擦，从而加速摩擦磨损的发生。
在应对这些摩擦磨损机理时，表面涂层技术被广泛应用。
表面涂层是通过在材料表面上施加一层具有特定性质的薄膜，以改善其摩擦和磨损性能。
常见的表面涂层材料包括硬质涂层、固体润滑薄膜涂层和功能复合涂层等。
硬质涂层是指通过在材料表面形成具有较高硬度的涂层，以提高其耐磨性能。
常见的硬质涂层材料有碳化钨、氮化钛和氮化硼等。
这些涂层能够有效减少摩擦磨损，延长部件的使用寿命。
固体润滑薄膜涂层是在材料表面形成一层具有良好润滑性质的薄膜。
这种涂层可以降低表面的摩擦系数，提高机械部件的摩擦性能。
常见的固体润滑薄膜涂层材料有石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯等。
功能复合涂层是一种结合了多种功能性能的表面涂层。
它能够同时提供较高的硬度、优良的润滑性和耐腐蚀性能。
研究热喷涂工艺对涂层摩擦磨损性能的影响
五大类 ： 磨粒磨损 （ ａ ｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｗ ｅ ａ ｒ ） ， 粘 着磨 损 （ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗ ｅ ａ ｒ ） ， 表
％ 以上 。 据 我 国 有 关部 门 统计 ，仅 台 金、 矿 喷涂及爆炸喷涂等 ， 近年来 ， 人 们 研 究 了一 些 更 为 先 进 的喷 涂 国 民 生产 总 值 的 ２ 农机 、 煤炭 、 电力 和 建材 这 几 个 领 域 的 钢 材 用量 由 于 摩 擦 技 术（ 如 激光喷涂 、 冷 空 气动 力 喷 涂 、 反应 火焰喷涂 等） ， 使 得 山 、 ０ ０万 ｔ ． 不 仅 带 来 了废 弃 构 件 的 喷 涂 技 术 不断 的发 展 ， 人 们 认 识 材 料 的行 为也 更加 丰 富 、 材 料 磨 损 致 使 设 备 备 用 构 件 就 达 １ 大量 浪 费 ， 也造 成 了 国 家 巨大 的 经 济损 失 。 的性 能也 逐 步 提 高 。 热喷 涂技 术是在 上世 纪初才被 瑞士 科 学家 Ｓ ｃ ｈ ｅ ｅ ｐ所 发 明， 经过 了百年 的发 展 ， 其 应 用领 域 已 经 非 常 广 泛 。 人 们 常 利
间 的摩 擦 、 润滑 和 磨 损 ， 也 研 究 这 三 者 之 间 的相 互 关 系及 其 发
近 年 来 ．通 过 热 喷 涂 技 术 改 变材 料 表 面摩 擦 磨 损 方 面的
包括 设 计 和 计 算 、 润滑材料和 润滑方 法， 摩 擦 材 料 研 究 已经 成 为 科 学研 究 的 热 点 问题 ， 随 着 此 类 研 究 高质 量 、 精 展 与 应 用 ： 和 接 触 面 之 间 的状 态 ． 摩 擦 故 障的 诊 断 、 检 测 和 预 警 等 。 磨 损 细 化 的 发 展 ．热 喷 涂 技 术 已经 成 为一 种 构 件 表 面 抗 摩擦 性 能
热喷涂防粘耐磨涂层的制备工艺流程及特点
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热喷涂技术制备减摩耐磨膜层及其摩擦磨损机理
用于表面有磨损的转动零部 件，如阀门、柱塞、轴颈、 导轨、叶片等。可以是高温 磨损，也可以是低温磨损。
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自润滑减磨涂层 常用于具有低摩擦系数 的可动密封零部件，涂 层的自润滑性能好，并 有较好的结合强度和间 隙控制能力。
抗腐蚀涂层 常用于海上船舶、卫星 塔架、桥梁、化工石油 机械、铁路车辆等。涂 层在喷涂后大多需要封 孔之后使用。
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涂层在承受交变的接触应力 时，其次表面发生的塑性变 形更容易诱发微观裂纹在微 缺陷、未熔颗粒和层状结构 界面处萌生并随机扩展，当 裂纹扩展连接到一定程度的 时候，则会产生主裂纹(Main crack)，主裂纹处极易发生断 裂失稳产生剥落，这可能是 浅层剥落失效的主导机制。
即将剥落位置的截面微观形貌
体表面而形成连续的涂层。在
电弧喷涂原理示意图 1-电源；2-金属丝；3-送丝滚轮；4-导电块；5-导电嘴； 6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-工件；10-涂层
电弧喷涂过程中，雾化的颗粒 速度最高达180m/s - 335m/s， 电弧最高温度可达5000℃。
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涂层具有高强度和优异的涂层性能
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二、如何“穿上战衣”
2.1热喷涂流程
1
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3
4
表面预处理
预热
喷涂
涂层的后处理
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表面预处理
净化处理的 目的
粗化处理的 目的 增加涂层和基材表面 之间的接触面，提高 涂层的结合强度，还 可以改变涂层中残余 应力的分布。常用的 粗化处理方法有:喷 砂、机械加工法、喷 涂自粘结材料作结合 底层等。
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电 弧 喷 涂 特 点
电弧喷涂的效率高
电弧喷涂的节能效果突出，能源利用率高
电弧喷涂费用低，十分经济
采用超音速火焰喷涂制备抗高温氧化、磨损涂层的研究及应用
采用超音速火焰喷涂制备抗高温氧化、磨损涂层的研究及应用高海青;乐有树;李运初【摘要】采用超音速火焰喷涂技术在2Cr12NiMoWV不锈钢基体表面制备了NiCr-Cr3 C2涂层,并对涂层的微观结构、力学性能、摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:所制备的涂层结构致密、孔隙率低,与基体的结合强度大于79 MPa,显微硬度可达860 Hv以上;高温韧性和抗高温耐磨性能好,在高温下摩擦磨损性能相较于基体得到显著提高,可应用于抗高温氧化与耐高温磨损的环境中.经实践检验,该涂层可解决高压主汽门卡涩问题.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2018(012)003【总页数】5页(P205-209)【关键词】超音速火焰喷涂;高压主汽门;火电厂;卡涩【作者】高海青;乐有树;李运初【作者单位】广东省新材料研究所,广东广州510650;广州市天河区金棠表面工程技术有限公司,广东广州501640;广东开放大学,广东广州510091;广东省新材料研究所,广东广州510650;广州市天河区金棠表面工程技术有限公司,广东广州501640【正文语种】中文【中图分类】TG174.442高压主汽门是火力发电厂的重要设备之一，主汽门的功能是在需要时起到紧急阻断进汽的作用，是汽轮机防止超速的最关键保护装置．高压主汽门、调节门的卡涩事件屡见不鲜，最常见的是高温产生的氧化皮造成阀杆与阀套间的卡涩，以及高压主汽门、调节门阀套、阀杆同心度改变，使动静间隙消失而造成的卡涩．同时，高温产生的氧化皮还能造成阀杆表面划伤磨损．金属高温氧化现象是普遍存在的，由于结构上的原因，高压主汽门对蒸汽介质有节流调节作用，这是加速金属氧化的一个重要因素[1]．处理高压主汽门氧化皮卡涩的常规措施，就是大修时将阀座少量的氧化皮用金相砂纸抛光并清理干净、阀芯密封面上的灰白色鳞片状氧化皮用车床去除、阀杆与阀杆套表面及接触面的灰色鳞片状氧化皮用砂纸打磨．用车床或用砂纸打磨去除氧化皮的方法，可使阀芯和阀芯套筒之间恢复正常间隙，但这样处理只是临时性的解决了问题，机组在运行过程中还会重新产生氧化皮，往往一个大修期还没到就又会产生卡涩，给机组的安全运行带来隐患，而且打磨抛光的次数多了，阀杆、阀套等尺寸会变小，造成他们之间的间隙变大，从而使阀门失效并报废，这也会造成较大的经济损失．热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面而形成覆盖层的工艺[2]．热喷涂工艺操作简便，涂层材料种类多．特别是高速热喷涂设备的相继问世，如高能等离子喷涂、超音速火焰喷涂( HVOF，HVAF) 设备的出现，使得热喷涂涂层孔隙多、结合强度不高的弱点得以克服，涂层质量有了质的飞跃．特别是超音速火焰喷涂技术(HVOF及HVAF)，其制备的涂层孔隙率小于1%，结合强度大于70 MPa，涂层沉积率高[3]．研究结果表明[4-5]，热喷涂涂层不但能加工到像镀铬层一样的镜面光洁度，而且在硬度及耐磨性能等方面还超过镀铬层，在很多场合完全可以取代电镀硬铬．广州市天河区金棠表面工程技术有限公司与粤电集团的多家电厂合作，根据主汽门的使用工况开发了一种抗高温氧化磨损涂层．该涂层采用超音速火焰喷涂工艺制备，在850 ℃下不产生氧化皮，而且硬度高、耐磨性能好，可以从根本上解决主汽门因高温氧化磨损产生的卡涩问题．1 试验1.1 试样制备试样基体材料为与主汽门材质相同的2Cr12NiMoWV不锈钢，试样尺寸为标准的硬度试样及杯突试验试样和金相试样．选用自主研制的NiCr-Cr3C2热喷涂粉末，其粒度为15～45 μm，具体成分列于表1．表1 NiCr-Cr3C2粉末组成成分Table 1 NiCr-Cr3C2 powder composition元素NiCFeSiCr含量w/%19.58.71.10.6余量首先对基体表面进行除油清洗及喷砂粗化，然后用美国进口的Jet-Kote Surface SystemⅡ型HVOF超音速火焰喷涂设备制备NiCr-Cr3C2涂层，涂层厚度为0.1～0.2 mm，喷涂工艺参数列于表2．用于摩擦磨损试验的涂层表面需先用金刚石砂纸磨样，抛光至表面粗糙度0.8 μm以下．表2 喷涂工艺参数Table 2 The spraying processing parameter氧气量/(m3·h-1 )丙烯流量/(m3·h-1 )送粉量/(g·min-1)喷距/mm34. 9816. 2452001.2 试验方法用LEICA DMIRM型倒置式金相显微镜,对涂层表面及截面的微观结构进行观察;基于涂层截面金相照片，用Q550 MW图象分析仪测定涂层的孔隙率．在GP-TS2000M型万能试验机上进行杯突和结合强度的测试，用直径20 mm的钢球，以6 mm/min的速度向杯突板无涂层面压入10 mm的深度，观察突出部分的表面情况，按照标准ASTM C633进行结合强度的测试．用MH-5D型数字显微硬度计测试涂层横截面的显微硬度，加载载荷为300 g，加载时间为15 s．用UMT-3型摩擦磨损试验机对基体(2Cr12NiMoWV不锈钢)和NiCr-Cr3C2涂层的摩擦磨损性能进行测试，样品台转速为200 r/min，载荷为5 kg，高温(570 ℃)摩擦副为直径4 mm的Si3N4陶瓷球，时间为20 min．2 结果与讨论2.1 涂层的微观结构图1为NiCr-Cr3C2涂层金相组织形貌．从图1可见，该涂层致密、均匀，无污染物涂层的孔洞、未熔颗粒等均满足要求．经测算，涂层的孔隙率为0.6%～0.7%．图1 NiCr-Cr3C2涂层金相组织形貌Fig.1 NiCr-Cr3C2 coating metallographic organization图2 NiCr-Cr3C2涂层杯突表面形貌Fig.2 Erichsen test images of the NiCr-Cr3C2 coating2.2 力学性能在GP-TS2000M型万能试验机上进行杯突和结合强度的测试，观察突出部分的表面情况，要求目视允许有可见的毛细裂纹，不允许出现涂层与基体分离的现象．图2为NiCr-Cr3C2涂层杯突试验后的表面形貌．从图2可见，涂层表面整体连续均匀，只有可见的毛细裂纹，无涂层剥离现象，这说明NiCr-Cr3C2涂层韧性较好．表3为NiCr-Cr3C2涂层的结合强度及显微硬度试验结果．由表3可知，NiCr-Cr3C2涂层结构致密，界面状态很好，与基体结合强度高，平均硬度值高达860 Hv以上．表3 NiCr-Cr3C2涂层的结合强度及显微硬度Hv(0.3，15)值Table 3 The NiCr-Cr3C2 coating binding strength and micro-hardness Hv(0.3,15)涂层涂层厚度/mm结合强度/MPa显微硬度(Hv)测定值平均值测定值平均值NiCr-Cr3C20.1～0.277.9,80.8,78.879.2(胶断)817,894,908,818,824,9248642.3 涂层高温摩擦磨损性能对基体和NiCr-Cr3C2涂层进行高温摩擦磨损测试，结果列于表4．由表4可知，基体与涂层的摩擦系数相近，但是两者之间的磨损程度存在明显差异，基体磨损失重达到14.4 mg，而涂层失重为1.7 mg，仅为基体的11.8%．表明，在主汽门零部件表面制备NiCr-Cr3C2涂层，可以显著提高零件的耐磨性能．表4 高温摩擦磨损测试结果Table 4 High temperature friction and wear test 样品摩擦系数磨损量/mg基体(2Cr12NiMoWV不锈钢)0.60-14.4NiCr-Cr3C2涂层0.57-1.7图3为高温下NiCr-Cr3C2涂层的摩擦系数曲线．从图3可见，NiCr-Cr3C2涂层磨合磨损过程较长，这是由于涂层表面存在未熔融或半熔融微凸体而较为粗糙．当磨球与涂层表面刚接触时，实际接触面积远远小于名义接触面积，在微观应力的作用下微凸体的形变使得阻力增加．当磨球与涂层表面的接触面积随时间增加而逐渐变大时，摩擦系数亦趋于稳定，在测试后期摩擦系数有下降的趋势，说明该涂层具有较好的抗高温摩擦磨损性能．图3 高温下NiCr-Cr3C2涂层的摩擦系数Fig.3 Friction coefficients of NiCr-Cr3C coating图4为高温摩擦磨损试样．从图4(a)可见，无NiCr-Cr3C2涂层试样的磨损区域磨痕宽度较大，表面凹凸不平．这是由于在高温环境下，2Cr12NiMoWV不锈钢基体出现软化，使粘着趋势上升而抗高温断裂的抗力降低．在载荷的不断作用下基体发生塑性变形，在基体内部缺陷处萌生裂纹并扩展，进而在磨痕的中心部形成剥落蚀坑，在边缘可见材料因塑性变形而挤压的痕迹．从图4(b)可见，有NiCr-Cr3C2涂层的试样表面比较平整且磨损区域磨痕较窄，磨损较少，表明有NiCr-Cr3C2涂层试样表面摩擦磨损后的失重小，进一步说明该涂层具有较好的抗高温摩擦磨损性能．从NiCr-Cr3C2涂层的性能和高温磨损试验结果来看，说明采用超音速火焰喷涂制备NiCr-Cr3C2防护涂层，可以有效的解决主汽门的卡涩、磨损及划伤问题．3 工艺应用广州市天河区金棠表面工程技术有限公司在2010年对粤电集团某电厂的主汽门阀帽进行表面强化，采用超音速火焰喷涂技术制备NiCr-Cr3C2涂层．首先对主汽门阀帽磨损、卡涩的部位进行车削加工，去除表面氧化皮及其它杂质，再对阀帽的车削部位进行清洗及喷砂净化处理，然后采用热喷涂技术在阀帽车削部位表面制备NiCr-Cr3C2涂层，最后对阀帽表面的NiCr-Cr3C2涂层进行磨削加工及抛光处理，达到所要求的尺寸精度和表面粗糙度．采用上述工艺进行表面强化的阀帽，在火电厂使用一个大修周期后，拆开主汽门检查发现，主汽门阀帽表面的涂层完好，没有产生氧化皮，没有磨损、划伤(图5)．图4 高温摩擦磨损试样Fig.4 High temperature friction and wear sample(a)2Cr12NiMoWV不锈钢试样；(b) NiCr-Cr3C2涂层试样(a)2Cr12NiMoWV stainless steel sample；(b)NiCr-Cr3C2 coating sample图5 使用一个大修周期后的主汽门阀帽(喷涂NiCr-Cr3C2涂层)Fig.5 The main valve capafter using a major repair period(spraying NiCr-Cr3C2coating)4 结论采用超音速火焰喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层致密性好、硬度高、与基体的结合强度高，高温韧性和抗高温氧化性能好．该涂层在高温下摩擦磨损性能大大优于2Cr12NiMoWV不锈钢，表明该涂层可以应用于抗高温氧化与耐高温磨损的环境中．采用超音速火焰喷涂技术在火电厂高压主汽门阀帽、阀芯等零部件表面制备一层NiCr-Cr3C2涂层进行表面强化，解决了火电厂因高温氧化及摩擦磨损、划伤造成的主汽门失效问题，延长主汽门的使用寿命，为火电厂节约了成本、提高了生产效率．【相关文献】[1] 刘平，吕鹏飞．高压主汽门及调门卡涩的原因分析与防范措施[J]．华电技术，2011，33(7)：56-58．[2] 戴达煌，周克崧，袁镇海．现代材料表面技术科学[M]．北京：冶金工业出版社，2004．[3] STARTWELL B D．Thermal spray coatings as alternative to 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耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究..
耐磨耐蚀材料题目：耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程指导老师：路阳杨效田学生姓名：***学号： ************2104年5月1日耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究摘要：综述了耐磨及减摩材料的基本性能要求，简单阐述了常见的耐磨及减摩材料的成分、组织与性能等和目前耐磨及减摩材料的新进展及方向。
最后，论述了耐磨及减摩材料在表面工程技术中的应用形式，及耐磨涂层的发展方向。
关键词: 耐磨材料；减摩材料；耐磨涂层0前言众所周知，摩擦磨损特性的探究对国民经济来说，有着非凡的意义。
据统计，全世界大约有2/1-3/1的能源以各种形式消耗在摩擦上。
而摩擦导致的磨损是机械设备零件失效的三大原因之一，大约有80%的损坏零件是由于各种磨损形式引起的[1]。
为了节约能源和材料，解决因磨损带来的损失显得至关重要，随着技术水平的发展，而其解决措施也变得各种各样，而本文主要从最基础的材料的选择上入手，来综述耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究现状及发展方向。
1 耐磨材料材料的耐磨性通常是指在一定的工作环境下，摩擦副材料在，摩擦过程中抵抗磨损的能力。
材料的耐磨性不是材料固有的本性，而是材料性质在一定的摩擦规范、表面状态、环境介质、工件结构、材料配对等某种条件下的体现。
因此材料的耐磨性是相对的、有条件的。
耐磨材料的一般性要求有以下几点[2]：1.机械性能方面要有高的抗拉、抗压、抗拉、抗剪切强度；有高的硬度和韧性；有较高的相对延伸率；在摩擦的高温、高压下，机械性能应该稳定。
2.物理、化学性能方面要有良好的导热性，低的热膨胀系数，且各相的线膨胀系数差别要小；合金元素在其内的溶解度要高，分布要均匀；各相间微观电势要小，抗腐蚀性好；各相成分要在较宽的温度、压力范围内保持稳定。
3.金相结构方面金属晶体的滑移系要少；固溶体与强化相要恰当配合；强化相要有高的弥散性，分布要均匀；各相的位向要互相接近。
4.工艺性能方面要有良好的淬透性和机加工性，以及其他必要工艺性能，如铸件的铸造性。
摩擦磨损性能优化的热原子沉积涂层技术研究
摩擦磨损性能优化的热原子沉积涂层技术研究一、引言摩擦磨损是机械运动中常见的问题，对于机械设备的寿命、效率和安全性能都有着重要的影响。
在解决摩擦磨损问题上，提高材料的耐磨性能是一条常见的途径。
热原子沉积涂层技术是一种能够提高材料耐磨性能的有效手段，本文将介绍该技术在摩擦磨损性能优化方面的研究进展。
二、热原子沉积涂层技术的基本原理热原子沉积涂层技术是一种将金属或非金属原子蒸发或溅射到基材表面，形成具有新的物理与化学性质的薄层涂层的技术。
涂层形成的过程中，高温原子射击基材表面，原子间结合形成涂层。
在此过程中，基材表面与薄膜表面的相互作用是非常重要的。
热原子沉积涂层技术的涂层具有以下特点：硬度高，耐热性好，并能有效地降低基材的磨损和腐蚀。
该技术在航空航天、汽车、机械、电子等领域有着广泛的应用。
三、摩擦磨损性能优化的方法1.改变材料的组成和结构。
材料的摩擦磨损性能很大程度上与其化学成分和微观结构有关。
因此，通过改变材料的组成和结构来提高其摩擦磨损性能也是一种有效途径。
例如，将基材上涂覆一层耐磨性能好的材料或是通过材料表面处理来提高其耐磨性能等。
2.表面改性。
对于已经成型的机械零件，通过加工或机械处理等方式改变其表面形态和化学组成，从而提高其摩擦磨损性能。
常见的表面改性方式包括磨削、喷砂、电镀、真空沉积等。
3.表面涂层。
在机械设备的工作表面上蒸发或喷涂一层薄膜涂层来改善摩擦磨损性能。
涂层的制备方式包括物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积、电弧喷涂、热喷涂等。
四、热原子沉积涂层技术在摩擦磨损性能优化中的应用热原子沉积涂层技术是一种非常有效的表面改性手段，该技术可以在机械设备表面形成一层具有良好磨损性能的薄膜涂层，从而提高机械设备的使用寿命。
1.抗磨涂层。
通过在摩擦部位形成一层抗磨涂层，可以有效地降低摩擦部件的磨损程度。
该涂层具有高热稳定性、耐磨性能好、耐腐蚀性高等特点。
如表面硬化、共析涂层、氧化物涂层等。
2.减摩涂层。
热喷涂涂层工艺的耐磨性与耐蚀性改进
热喷涂涂层工艺的耐磨性与耐蚀性改进热喷涂涂层是一种常用的表面修复和改性材料技术，广泛应用于航空航天、能源、化工、机械制造等领域。
然而，由于工艺和材料的局限性，热喷涂涂层在耐磨性和耐蚀性方面存在一定的问题。
为了提高热喷涂涂层的耐磨性和耐蚀性，需要从工艺和材料两个方面入手进行改进。
首先，从工艺方面来说，热喷涂涂层的耐磨性和耐蚀性受到热喷涂工艺参数的影响。
例如，喷涂温度、喷涂速度、气体流量等参数的选择直接影响了涂层的致密性和附着力，从而影响耐磨性和耐蚀性。
因此，需要通过优化工艺参数，使涂层能够获得更高的致密性和附着力。
同时，还可以采用预处理技术来提高热喷涂涂层的耐磨性和耐蚀性。
例如，通过喷丸、化学处理和表面活性剂处理等方法，可以有效地清除表面的污染物和氧化层，提供更好的附着力和致密性。
此外，还可以采用多层涂层的方法，在基础涂层上覆盖保护涂层，进一步提高耐磨性和耐蚀性。
在材料方面，热喷涂涂层的材料选择至关重要。
常用的热喷涂涂层材料包括金属、陶瓷和聚合物等，各具特点，用途不同。
例如，金属涂层具有良好的导热性和导电性，适用于提高材料耐热性；陶瓷涂层具有优异的耐磨性和耐蚀性，适用于提高涂层的耐磨性和耐蚀性；聚合物涂层具有良好的耐化学性和耐热性，适用于提高涂层的耐蚀性和耐热性。
因此，根据具体应用需求，选择合适的热喷涂涂层材料是提高耐磨性和耐蚀性的关键。
此外，还可以采用复合涂层的方法，将不同性能的材料组合在一起，形成具有多种优点的涂层结构。
例如，可以在基础涂层上覆盖一层耐磨性较高的陶瓷涂层，形成高硬度的涂层；或者在表面涂覆一层具有耐蚀性的聚合物涂层，提高涂层的耐蚀性。
通过合理设计复合涂层结构，可以综合利用不同材料的优点，进一步提高热喷涂涂层的耐磨性和耐蚀性。
总结来说，提高热喷涂涂层的耐磨性和耐蚀性需要从工艺和材料两个方面入手。
通过优化工艺参数，采用预处理技术和合理选择涂层材料，可以提高涂层的致密性、附着力和耐磨性、耐蚀性。
减摩涂层的优点及工作原理
减摩涂层的优点和工作原理
MOLYKOTE减摩涂层是胶粘性的干膜润滑剂，可以在恶劣的操作条件和极端的环境下提供优越的润滑性能，具有实用经济长效的优点，在其他润滑剂容易失效的领域非常具有使用价值，与典型的润滑油膏和润滑脂相比，MOLYKOTE减摩涂层具有很多优点如下：
质地干燥、干净，不受灰尘、污垢和温度的影响;
永久润滑、不老化，不蒸发、不氧化;
防锈，但无需电镀类的表面处理;
阻燃,保护同时不污染金属和塑料根据实际承载能力控制膜的厚度;
全效润滑，即使在长期停工后.
减摩涂层的工作原理
MOLYKOTE减摩涂层含有固体润滑颗粒，分散在精心调配的树脂和溶剂的混合物中。
润滑剂的体积浓度和原料的选择对润滑和腐蚀防护性能非常的重要。
一旦用于金属和塑料，这些像油漆般的溶剂黏附在涂层表面，形成干燥洁净、光滑的润滑薄膜。
薄膜覆盖表面所有的粗糙部分，并优化金属与金属、金属与塑料或塑料与塑料间的摩擦，即使在极端负载和极端工作条件下。
热喷涂涂层的结构及耐磨性能研究
热喷涂涂层的结构及耐磨性能研究随着工业技术的发展，热喷涂技术作为一种重要的表面处理技术，在航空航天、能源、汽车等领域得到广泛应用。
热喷涂涂层能够提供材料的耐磨性能，延长其使用寿命，并保护基材免受环境和化学腐蚀的侵害。
本文将重点探讨热喷涂涂层的结构形式以及其耐磨性能的研究。
热喷涂涂层的一种常见结构形式是金属涂层。
金属涂层通常由金属粉末喷涂而成，可采用不同的喷涂方式，例如火焰喷涂、等离子喷涂和火花喷涂等。
火焰喷涂是通过燃料和氧气的燃烧产生的高温火焰熔化金属粉末，然后将熔融金属颗粒喷射到基材上，形成涂层。
等离子喷涂则是利用等离子体产生的高温和高速气流使金属粉末熔化，并将其喷涂到基材上。
火花喷涂使用电弧放电将金属线材融化并喷涂。
另一种常见的热喷涂涂层是陶瓷涂层。
陶瓷涂层通常由陶瓷粉末喷涂而成，可以提供非常高的硬度和抗磨损性能。
陶瓷涂层常用于高温环境下，例如汽车发动机零件和燃烧室壁等。
常见的陶瓷涂层材料包括氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）和碳化硅（SiC）等。
无论是金属涂层还是陶瓷涂层，它们的耐磨性能是研究的重点。
耐磨性能可以通过不同的测试方法进行评估，例如滑槽磨损实验、球盘摩擦实验和往复磨损实验等。
滑槽磨损实验是一种常用的方法，它可以通过加载一定的负荷和施加涡流润滑油，在涂层上制造滑动摩擦来模拟实际工作条件。
实验结果可以获得摩擦系数和涂层磨损量等数据，从而评估涂层的耐磨性能。
球盘摩擦实验则是通过旋转球盘和加载一定负荷的金属球，在涂层上产生滚动接触，从而评估涂层的耐磨性能。
这种方法可以模拟涂层在轴承和齿轮等部件上的工作条件。
往复磨损实验是一种模拟涂层在柱塞杆等部件上的工作条件的方法。
通过加载一定的负荷，并使涂层在往复运动中与金属材料接触，以评估涂层的耐磨性能。
此外，还可以通过扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜观察涂层表面的形貌，以了解涂层的磨损特征。
总之，热喷涂涂层是提高材料耐磨性能和保护基材免受腐蚀的重要手段。
超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能
［收稿日期］ ２００９－０８－１３［作者简介］ 周克崧（１９４１－），男，湖南长沙市人，广州有色金属研究院材料表面所教授级高级工程师，研究方向为材料表面技术及工程；Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｓｚｈｏｕ２００４＠１６３．ｃｏｍ超音速火焰喷涂WC 涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能周克崧，邓春明，刘 敏（广州有色金属研究院，广州５１０６５１）［摘要］ 以ＷＣ涂层在飞机起落架的应用作为研究背景，对３００Ｍ超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂ＷＣ－１７Ｃｏ和ＷＣ－１０Ｃｏ４Ｃｒ涂层的疲劳及与Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金的摩擦磨损性能进行了研究。
结果表明，有ＷＣ涂层３００Ｍ钢的疲劳寿命与无涂层３００Ｍ钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当，ＷＣ涂层对３００Ｍ钢的疲劳寿命不会产生不良影响；而电镀硬铬使３００Ｍ钢的疲劳极限降低１２０ＭＰａ，疲劳寿命则降低７０％～９０％。
疲劳失效分析表明，ＷＣ涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜，转向沿界面扩展，因此对基体的疲劳寿命没有影响；而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面，显著降低基体的疲劳寿命。
１０＃航空液压油润滑下涂层与Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金的摩擦磨损表明，与电镀硬铬对磨时，Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金发生明显的磨损，同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加；而ＷＣ涂层仅略有失重，相应地Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的１／５０～１／１００。
ＷＣ涂层与Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金的磨损机理主要为磨粒磨损；电镀硬铬与Ａｌ—Ｎｉ—Ｂｒｏｎｚｅ合金的磨损机理主要为黏着磨损。
［关键词］ ３００Ｍ钢；超音速火焰喷涂；ＷＣ涂层；电镀硬铬；疲劳；摩擦磨损［中图分类号］ ＴＧ１１５．５＋７ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００９－１７４２（２００９）１０－００４８－０７1 前言飞机起落架采用超高强钢作为结构材料，其在使用过程中承受较严重的摩擦磨损和腐蚀，需对基体进行表面处理。
热喷涂法制备钼系涂层的研究进展
热喷涂法制备钼系涂层的研究进展高名传;童向阳;汪洪生【摘要】本文介绍了常用热喷涂方法的原理及特点,包括火焰喷涂、电弧喷涂、大气等离子喷涂、真空等离子喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂.从耐磨、减摩、抗高温氧化、耐蚀、强化等几个方面重点叙述了利用热喷涂法制备Mo-O系、Mo-S 系、Mo-Si系、Mo-C系以及钼系非晶-纳米晶5类钼系涂层的特点,并针对不同涂层性能要求选取合适的工艺方法进行了简要概括.【期刊名称】《中国钼业》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】7页(P41-47)【关键词】钼;涂层;钼系涂层;喷钼【作者】高名传;童向阳;汪洪生【作者单位】武汉材料保护研究所,湖北武汉430030;武汉材料保护研究所,湖北武汉430030;武汉材料保护研究所,湖北武汉430030【正文语种】中文【中图分类】TG174.40 前言热喷涂技术是以火焰或电弧为热源将材料加热至熔融或半熔融状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层，赋予基体表面特殊功能的一种工艺方法［1］。
钼及钼系合金熔点高、硬度高、热膨胀系数小，具有优良的耐腐蚀性、耐磨减摩性能、耐烧蚀性和高温强度［2］。
同时，由于钼与铁基合金的自粘结性，常作为粘结底层使用［3］，热喷涂技术因其焰流温度高、能完全熔化钼系合金等优点广泛用于制备钼系涂层。
1 热喷涂方法1.1 火焰喷涂［4］火焰喷涂(FS:Flame Spray)是以氧—乙炔焰为热源，将进入焰流的喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，并以较高速度喷射到基体表面，形成涂层。
喷涂材料可用粉末、丝材和棒材。
火焰喷涂涂层孔隙率大(＞10%)，结合强度较低(＜30 MPa)，但设备简单，操作简便，经济性好，因此应用广泛，尤其适用于自熔性合金喷涂。
1.2 电弧喷涂［5］电弧喷涂(AS:Arc Spray)是在两根喷涂丝间引燃电弧，利用电弧产生的热量熔化喷涂丝材，通过压缩空气使其雾化，雾化后的喷涂粒子以200～300 m/s的速度喷射到经过预处理的基材表面形成涂层。
热喷涂技术在摩擦磨损领域应用研究
热喷涂技术在摩擦磨损领域应用研究
王强;刘莹
【期刊名称】《材料开发与应用》
【年(卷),期】2009(0)4
【摘要】该文综述了热喷涂技术在摩擦磨损领域应用的研究现状及进展,主要论述了喷涂方法、喷涂工艺、喷涂材料、涂层结构、涂层处理及喷涂涂层的磨损机理等方面在摩擦磨损领域的研究与进展,通过上述几方面的讨论与分析,总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域具体的应用情况,分析和总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域应用失效的主要原因和形式,并提出了提高热喷涂技术在摩擦磨损领域应用能力的方法和措施。
【总页数】5页(P75-78)
【关键词】热喷涂;摩擦;磨损
【作者】王强;刘莹
【作者单位】苏州经贸职业技术学院机电系;南昌大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.2
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粉末火焰喷涂原理示意图
1-氧-乙炔混合气；2-送粉气；3-喷涂粉末；4-喷嘴； 5-燃烧火焰；6-涂层；7-基体
2.2.2电弧喷涂
电弧喷涂原理示意图
1-电源；2-金属丝；3-送丝滚轮；4-导电块；5-导电嘴； 6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-工件；10-涂层
电弧喷涂是将两根金属丝端部 送到电弧区，在两丝端部施加 电压维持直流电弧（或交流电 弧），使丝材熔化，再用压缩 空气穿过电弧和熔化的液滴使 之雾化，以一定的速度喷向基 体表面而形成连续的涂层。在 电弧喷涂过程中，雾化的颗粒 速度最高达180m/s - 335m/s， 电弧最高温度可达5000℃。
火
弧
焰
喷
喷
涂
爆 炸 喷 涂
涂
2.2.1火焰喷涂
定义
火焰喷涂是利用燃气（乙炔、 丙烷等）及助燃气体（氧） 混合燃烧作为热源，将金属 与非金属材料加热到熔融状 态，在高速气流的推动下形 成雾流，喷射到基体上，喷 射的微小熔融颗粒撞击在基 体上时，产生塑性变形，成 为片状叠加沉积涂层。火焰 中心最高温度为3000℃，多
2.1热喷涂流程
1
表面预处理
2
预热
3
4
喷涂
涂层的后处理
表面预处理
净化处理的 目的
除去工件表面所有的 污垢，如氧化皮、油 渍、油漆及其它污物。 常用的方法有:溶剂清 洗、蒸气清洗、碱液 清洗和加热脱脂等。
粗化处理的 目的
增加涂层和基材表面 之间的接触面，提高 涂层的结合强度，还 可以改变涂层中残余 应力的分布。常用的 粗化处理方法有:喷 砂、机械加工法、喷 涂自粘结材料作结合
2.2.4几种喷涂方法的工艺特性比较
三、有什么功能
3.1涂层的应用
隔热涂层
隔热涂层可以降低两件表面 的工作温度10-65℃，提高
工作效率。 常用于发动机燃烧室、火箭 喷口、核装置的隔热屏等高 温工作部位。涂层原材料使 用氧化物、碳化物、难熔金 属等。根据工作条件，可以
形成涂层的工艺方法。
1.1涂层形成过程及原理
这个过程 可以简单 理解为 “贴饼子”
1.2涂层结构
喷涂层结构示意图
热喷涂涂层的微观结构
1.3热喷涂家族分类
电弧类
热
喷
火焰类
涂
激光类
电弧喷涂 等离子喷涂
火焰喷涂 爆炸喷涂 超声速火焰喷涂 激光喷涂 激光喷焊
直流电弧喷涂 交流电弧喷涂
大气（常压）等离子喷涂 低压等离子喷涂（低真空） 可控气氛等离子喷涂（充惰性 保护气体） 水下等离子喷涂 高速等离子喷涂
底层等。
预热的目的是为了消除 工件表面的水分和湿气、 提高喷涂粒子与工件接 触时的界面温度、减少 因工件热膨胀造成的涂 层应力。预热的温度一 般控制在60~120℃之间。 预热的方法可以采用氧 -乙炔加热、电炉或高
频炉加热等
预热
制备好的工件表面要 在尽量短的时间内进 行喷涂。喷涂工艺参 数要根据涂层种类、 喷枪性能和工件的具 体情况决定。控制喷 涂参数的目的是为了 提高喷涂速率，增加 涂层的致密度，提高 涂层的结合强度，得 到高质量的涂层。
涂层具有高强度和优异的涂层性能
电
电弧喷涂的效率高
弧
喷
涂
电弧喷涂的节能效果突出，能源利用率高
特
点
电弧喷涂费用低，十分经济
仅使用电和压缩空气，不用氧、乙炔等易燃气体，安 全性高
2.2.3等离子喷涂
等离子喷涂是以等离子弧为热源，粉末 材料被等离子焰流熔化后迅速喷射到预 先处理好的零件表面上形成涂层。这种 喷涂方法的焰流温度高，速度大，制备 的涂层孔隙率和结合强度均优于常规火 焰喷涂，尤其对制备高熔点的金属涂层
过预处理的基材表面形成涂层
粉末火焰喷枪通过气阀分别引入乙炔和氧气，经混合 后，从喷嘴喷出，产生燃烧火焰。喷枪上设有粉斗， 利用送粉气流产生的负压，抽吸粉斗中的粉末，使粉 末随气流从喷嘴中心喷出迸入火焰，被加热熔化或软
化，焰流推动熔粒以一定速度喷射到工件上
线材及棒材火焰喷涂原理示意图 1-涂层 2-燃烧火焰 3-空气帽 4-气体喷嘴 5-线材或棒材 6-氧气 7-乙炔 8-压缩空气 9-喷涂射流 10-基体
喷涂
喷涂后得到的涂层有时 不能直接使用。例如， 对于承受高应力载荷或 冲击磨损的工件，要对 喷涂层进行重熔处理， 使疏松多孔的与基体主 要靠机械结合的涂层变 为与基体冶金结合的致 密喷熔层。此外有尺寸 精度要求的工件要进行
机械加工
涂层的后处理
2.2热喷涂方法
超
火 焰 喷 涂
等 离 子 喷 涂
声
速
电
为氧化性气氛
优点
可以喷涂各种金属，陶瓷及 塑料，尼龙等材料，应用广 泛。 设备轻便，简单，可移动， 价格相对较低经济性好。
喷涂原理
对喷涂材料的加热熔化和雾化是通过线材火焰喷枪实现 的。喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气和压缩空气，乙 炔和氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰。喷枪内的 驱动机构通过送丝滚轮带动线材连续地通过喷嘴中心孔 送入火焰，在火焰中被加热熔化。压缩空气通过空气帽 呈锥形的高速气流，使熔化的材料从线材端部脱离，并 雾化成细微的颗粒，在火焰及气流的推动下，喷射到经
和陶瓷涂层有很大的优越性。
等离子喷涂示意 图
等离子 喷涂特
点
焰流温度高， 喷涂材料广泛， 可得到各种性
能的喷涂层
ห้องสมุดไป่ตู้
零件变形小，集 体金属的组织和 性能不发生变化， 可对高强度钢、 薄壁零件、细长 零件进行喷涂
涂层结合强度 高，孔隙率低， 氧化物夹杂少
涂层平整光滑， 可精确控制厚 度，可以制备
精细涂层
热喷涂技术制备减摩耐磨膜层及其摩擦磨损机理
热喷涂技术制备减摩耐磨 膜层及其摩擦磨损机理
先扯点别的，比如：
什么样 的“战 衣”才 叫热喷 涂？
怎么才 能穿上 “战衣” 呢？
“战衣” 到底有 什么神 奇功能？
一、什么才叫热喷涂
热喷涂，就是利用一种热源（如电弧、离子弧或燃烧的火焰等），将粉末状 或丝状的金属或非金属喷涂材料加热熔融或软化，并用热源自身的动力或外 加高速气雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理的基体表面
粉末火焰喷涂 丝材火焰喷涂 棒材火焰喷涂
1.4热喷涂特点
可以喷涂各种材料，如金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、有机化合物等
零件的尺寸大小及形状不受限制
热
喷
涂层厚度可以控制
涂
特
被涂层的零件受热的影响小，不易变形
点
工艺操作程序简单，效率高
被喷涂零件的材质广泛，可以是金属、陶瓷、其他非金属等
二、如何“穿上战衣”