AlCrN涂层表面微纳织构的制备及其摩擦磨损特性研究-机械制造及其自动化专业毕业论文

AlCrN涂层表面微/纳织构的制备及其摩擦磨损特性研究本文将硬质涂层技术和表面微/纳织构技术两种效应有机结合,提出了微/纳织构化AlCrN涂层表面的设计思路,在研究分析了AlCrN涂层表面微/纳织构制备技术的基础上,采用激光技术在AlCrN涂层表面制备了微米级和纳米级沟槽型织构,系统研究了微/纳织构化AlCrN涂层表面的摩擦磨损特性,阐明了微/纳织构对AlCrN涂层表面摩擦磨损性能的影响,并揭示了其磨损机理。

首先,采用脉冲光纤激光器在AlCrN涂层表面制备了微米级沟槽型织构,分别研究了脉冲功率、扫描速度和扫描次数对微织构深度和宽度的影响,并结合AlCrN涂层的表面特性,优化得到最佳的工艺参数：脉冲功率为12W,扫描速度为200mm/s,扫描一次,并在AlCrN涂层表面制备了深度为3μm,宽度为36μm,不同间距、不同角度的沟槽型微织构。

在分析了飞秒激光加工原理的基础上,采用钛宝石飞秒激光器在AlCrN涂层表面制备了周期性的纳米级沟槽型织构,分别研究了单脉冲能量、扫描速度、扫描间距和扫描次数对纳织构形貌的影响,优化得到最佳的工艺参数：飞秒激光的单脉冲能量为3.5μJ,扫描速度为1000μm/s,扫描间距5μm,扫描次数为1次,并在AlCrN涂层表面制备了深度是200nm,宽度是600nm,面积占有率为100%,50%和25%的三种纳米级沟槽型织构表面。

通过往复式摩擦磨损试验对不同角度、不同间距、不同表面粗糙度的微织构化AlCrN涂层表面的摩擦磨损特性进行了研究分析,系统分析了沟槽型微织构对AlCrN涂层的摩擦磨损性能的影响。

研究表明：微织构能够提高AlCrN涂层表面的摩擦磨损性能,低载荷、高滑动速度和添加润滑剂的条件下,微织构能够更有效的提高AlCrN涂层表面的摩擦磨损性能；微织构的形貌对表面摩擦磨损性能有很大的影响,与滑动方向平行的织构角度是最佳的减磨角度,400μm是最佳的微织构间距；降低微织构表面的粗糙度可以有效的提高AlCrN涂层表面的抗磨损能力,未抛光和抛光后微织构表面的摩擦系数相差不多,但是降低微织构表面粗糙度能够减小AlCrN涂层表面磨痕尺寸和减小摩擦球的磨损体积。

《Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备与性能研究》篇一摘要：本文研究了Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备工艺，并对其性能进行了系统性的分析。

通过控制制备过程中的参数，优化了镀层和膜层的结构和性能，并对其耐腐蚀性、硬度和耐磨性等关键性能进行了详细探讨。

一、引言随着科技的发展，铝及其合金在工业领域的应用日益广泛。

为了提高铝及其合金的表面性能，如耐腐蚀性、硬度和耐磨性等，人们开发了多种表面处理技术。

其中，Al-Nd合金镀层和微弧氧化技术是两种重要的表面处理技术。

本文旨在研究这两种技术的制备工艺及其性能特点。

二、Al-Nd合金镀层的制备与性能研究1. 制备工艺Al-Nd合金镀层的制备主要采用浸渍法，通过控制浸渍时间、温度、Nd含量等参数，获得不同结构和性能的镀层。

2. 结构与性能分析通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对镀层进行结构分析，结果表明Al-Nd合金镀层具有致密的晶体结构和良好的附着力。

此外，对镀层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性进行了测试，发现随着Nd含量的增加，镀层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性均有所提高。

三、微弧氧化膜的制备与性能研究1. 制备工艺微弧氧化膜的制备主要采用微弧氧化技术，通过调整电解液成分、电压、电流等参数，控制膜层的生长过程。

2. 结构与性能分析利用XRD、SEM和能谱分析（EDS）等技术对膜层进行结构分析，发现微弧氧化膜具有多孔结构，且孔隙率随电解液成分和工艺参数的变化而变化。

对膜层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性进行测试，结果表明微弧氧化膜具有较高的硬度、良好的耐腐蚀性和一定的耐磨性。

四、结果与讨论通过对Al-Nd合金镀层和微弧氧化膜的制备工艺及性能进行分析，我们可以得出以下结论：1. 通过控制制备过程中的参数，可以优化Al-Nd合金镀层和微弧氧化膜的结构和性能。

2. Al-Nd合金镀层具有较高的硬度、良好的耐腐蚀性和耐磨性，且随着Nd含量的增加，这些性能得到进一步提高。

3. 微弧氧化膜具有多孔结构，孔隙率可随电解液成分和工艺参数的调整而变化。

微-纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的腐蚀磨损行为研究微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的腐蚀磨损行为研究随着工业的发展和对优化材料性能的需求，金属陶瓷涂层在材料表面保护和功能改善方面得到了广泛应用。

其中，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层以其优异的抗腐蚀和耐磨性能成为研究的热点。

首先，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的制备方法至关重要。

通常采用的方法包括高速喷涂、激光熔覆、等离子熔覆等。

这些方法可以在金属基体表面形成均匀、致密的涂层，提高涂层的附着力和表面质量。

同时，通过调节喷涂参数、合适的热处理和后续抛光，还可以进一步改善涂层的微/纳结构和性能。

其次，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的腐蚀性能也是关键。

湿润环境中，金属陶瓷涂层容易受到腐蚀作用，导致涂层性能的降低。

因此，研究涂层的腐蚀行为对于提高其抗腐蚀性能具有重要意义。

实验研究发现，微/纳结构Cr3C2-NiCr 金属陶瓷涂层在腐蚀介质中能够形成致密的氧化物保护层，从而有效地抵御腐蚀侵蚀。

此外，通过合理的合金设计和控制涂层中Cr3C2含量，还可以提高涂层的耐腐蚀性能。

最后，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层的磨损行为也是研究的重点。

工程领域中，材料表面往往需要承受一定的摩擦和磨损。

为了提高涂层的耐磨性能，研究者通过微观结构设计和合金优化，使其具备较高的硬度和耐磨耗性。

实验结果表明，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层在摩擦磨损条件下能够形成具有优异抗磨损性能的摩擦副表面，延长设备的使用寿命。

综上所述，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层具有良好的抗腐蚀和耐磨性能，对于提高材料表面的功能与性能具有重要作用。

然而，目前对于微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层腐蚀和磨损行为的研究还较少，仍需要进一步的实验和理论研究来揭示其机理及影响因素，以更好地指导材料的设计与应用综合以上研究结果可知，微/纳结构Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层具有良好的抗腐蚀和耐磨性能。

《Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备与性能研究》篇一摘要：本文对Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备方法、结构特点、性能及其应用进行了系统的研究。

通过实验，我们详细探讨了不同制备工艺对镀层及膜层的影响，并对其在抗腐蚀性、耐磨性以及电化学性能等方面的表现进行了评价。

研究结果表明，Al-Nd 合金镀层及微弧氧化膜的制备技术具有良好的应用前景。

一、引言随着现代工业的快速发展，对材料表面性能的要求越来越高。

Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜作为一种新型的表面处理技术，具有优异的抗腐蚀性、耐磨性以及良好的电化学性能，在航空、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。

因此，对Al-Nd合金镀层及微弧氧化膜的制备与性能进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、Al-Nd合金镀层的制备与性能研究1. 制备方法Al-Nd合金镀层的制备主要采用电镀法。

通过调整电镀液中Nd元素的含量、电镀温度、电流密度等参数，可以控制镀层的成分和厚度。

2. 结构特点Al-Nd合金镀层具有优良的附着力和硬度，其微观结构表现为致密的金属间化合物层和扩散层。

这些结构特点使得Al-Nd合金镀层具有良好的抗腐蚀性和耐磨性。

3. 性能评价通过对Al-Nd合金镀层进行抗腐蚀性、耐磨性及电化学性能测试，我们发现其具有优异的性能表现。

在抗腐蚀性方面，Al-Nd合金镀层能够有效地抵抗各种腐蚀介质的侵蚀；在耐磨性方面，其硬度高、耐磨性好，能够有效地延长材料的使用寿命；在电化学性能方面，Al-Nd合金镀层具有良好的导电性和电化学稳定性。

三、微弧氧化膜的制备与性能研究1. 制备方法微弧氧化膜的制备主要采用微弧氧化技术。

通过在铝合金表面施加高电压，使表面产生微弧放电，从而在铝合金表面形成一层致密的氧化膜。

2. 结构特点微弧氧化膜具有多孔结构，其表面布满了微小的放电通道和孔洞。

这些孔洞和通道为氧化膜提供了丰富的活性表面，使其具有优异的抗腐蚀性和耐磨性。

3. 性能评价微弧氧化膜具有良好的抗腐蚀性、耐磨性和电绝缘性能。

第51卷第2期表面技术2022年2月SURFACE TECHNOLOGY·77·V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为齐帆1,2，张玉鹏2，王振玉2，汪爱英2，王铁钢1，柯培玲2（1.天津职业技术师范大学 天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津 300222；2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室，浙江 宁波 315201）摘要：目的设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层。

方法采用三靶磁控共溅射技术，通过改变石墨靶材的溅射功率，调控不同润滑相的配比，制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层。

利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机，对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测。

采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌，并分析其磨损机理。

结果制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层。

当涂层中C原子数分数为29.40%时，涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa。

在室温（RT）~650 ℃宽温域范围内，涂层具有稳定、良好的摩擦学性能。

RT条件下，涂层中的磨痕很浅，摩擦因数（COF）为0.43；在300 ℃工作时，对比V AlN涂层，其非晶包裹纳米晶的结构使得掺C后的COF 降低了14%，至0.72，磨损机理包含磨粒磨损和氧化磨损；650 ℃条件下，磨痕出现大量犁沟，大量磨屑在摩擦轨道两侧被压实，此时氧化反应明显加剧，涂层表面生成V2O5润滑相，摩擦因数稳定在0.35。

结论采用三靶磁控共溅射技术，在V AlN涂层中引入不同含量的C，可提高其力学性能，并在一定程度上降低涂层的高温摩擦因数。

不同温度条件下摩擦因数的变化与涂层的磨损机制有关。

关键词：V-Al-C-N；宽温域润滑；力学性能；非晶包裹纳米晶；V2O5中图分类号：TG174.442；TH117 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2022)02-0077-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2022.02.008Study on Preparation and Tribological Behavior of V-Al-C-NCoatings in a Wide Temperature RangeQI Fan1,2, ZHANG Yu-peng2, WANG Zhen-yu2, WANG Ai-ying2, WANG Tie-gang1, KE Pei-ling2(1. Tianjin Key Laboratory of High Speed Cutting and Precision Manufacturing, Tianjin University of Technologyand Education, Tianjin 300222, China; 2. Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China)收稿日期：2022-01-30；修订日期：2022-02-16Received：2022-01-30；Revised：2022-02-16基金项目：国家自然科学基金（51875555）；天津市科技重大专项（18ZXJMTG00050）；天津市科技特派员项目（20YDTPJC01460）Fund：Supported by the National Natural Science Foundation of China (51875555); Tianjin Science and Technology Major Project (18ZXJMTG00050); Special Commissioner Project of Tianjin Science & Technology (20YDTPJC01460)作者简介：齐帆（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为刀具涂层技术和高温防护涂层。

织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能研究近年来，AlCrN材料在高温高负荷下应用时，具有良好的耐腐蚀性和抗磨损性。

然而，贴有AlCrN涂层的实验室金属表面摩擦磨损性能目前尚未得到足够关注。

AlCrN涂层表面在摩擦磨损试验过程中，微织构研究可以完全描述表面磨损行为。

为了更好地了解AlCrN涂层表面的摩擦磨损行为，本文研究了表面织构化AlCrN薄涂层的摩擦磨损性能。

实验材料是采用真空热喷涂技术制备的织构化AlCrN热涂层，该涂层的目标成分为：Al15Cr10N75。

该织构化热涂层表面具有特定的织构结构，其中AlCrN粒子分布在椭圆形结构形态中。

此外，在织构化表面结构中可以看到织构化小粒子形成的孔隙，孔隙的尺寸大约在200-400 nanometers之间。

为了表征表面织构化AlCrN涂层的摩擦磨损性能，采用了微磨损测试机进行摩擦磨损试验，结果显示，表面织构化AlCrN涂层的最低摩擦系数为0.061，磨损深度和平均磨耗速率分别为7.24μm和7.34×10-2mm-1N-1。

在摩擦磨损试验前，织构化AlCrN涂层表面进行了显微观察，结果表明，摩擦磨损试验后，表面织构化AlCrN涂层表面织构发生变化，呈磨粒状，质量损失主要集中在边缘，表面粗糙度也有了明显的增加。

进一步的研究表明，在摩擦磨损试验中，织构化AlCrN涂层表面粒子之间的结合变强，小结构开始积聚，有利于AlCrN涂层表面的抗磨损性能，使最终织构化AlCrN涂层表面的磨损深度降低。

综上所述，织构化AlCrN涂层的摩擦磨损性能优于常规的AlCrN 涂层，在摩擦磨损试验中，表面织构化AlCrN涂层的摩擦系数最低，磨损深度最小，表现出优异的抗磨损性能。

因此，织构化AlCrN涂层可以更有效地抑制金属表面的磨损，并具有良好的应用前景。

研究人员建议，为了进一步提高金属表面织构化AlCrN涂层摩擦磨损性能，可以采取多种技术手段改变涂层织构密度和质量分布，例如电解质表面处理或加热处理等。

织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能研究摩擦和磨损是在工程领域中非常重要的热力学现象，它们可以在多种类型的机械系统中影响物体的运动或活动。

因此，提高摩擦磨损特性对于维护复杂机械系统正常工作很重要。

近年来，随着新技术和新材料的出现，涂层工艺已经成为大多数复杂机械系统及其配件表面改善的有效手段。

层是将各种材料层层涂层在表面形成一个多层结构，以期获得一种特殊的功能。

而，在涂层过程中，涂层结构和材质可能会受到复杂的摩擦和磨损作用的影响，这可能会导致系统功能的破坏。

因此，如果要有效地应用涂层工艺，首先必须充分了解表面涂层的摩擦磨损性能。

织构化alcrn涂层是一种新型的结构化表面材料，由一层碳纳米管（CNT）和一层铝氧化物（ALOx）组成。

研究表明，织构化alcrn涂层具有很好的表面粗糙度，可以显著提高表面的贴合性能。

因此，织构化alcrn涂层可用于改善某些机械制品表面的摩擦磨损性能。

本文将通过实验来研究织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能。

首先，我们将通过扫描电子显微镜（SEM）和电子探针（EPS）对织构化alcrn涂层进行观察，以确定其表面结构和形貌。

然后，我们将使用一种称为“旋转辐射传递”的测试方法，通过旋转两个平行的滑动面，以模拟不同环境下的摩擦磨损效果，从而评估织构化alcrn涂层的摩擦磨损性能。

通过实验，我们可以了解织构化alcrn涂层中的摩擦系数和磨损速率，以及摩擦磨损受不同环境条件影响的规律。

实验结果表明，织构化alcrn涂层具有出色的抗摩擦磨损性能，其摩擦系数和磨损速率明显低于其他常规涂层材料。

此外，实验结果还表明，织构化alcrn涂层的摩擦系数和磨损速率在不同温度下变化不大，因此可以有效地稳定摩擦磨损性能。

综上所述，我们通过实验研究了织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能。

结果表明，织构化alcrn涂层具有优异的抗摩擦磨损性能，可以有效提高复杂机械系统的性能，从而提高系统的可靠性和可行性。

纳米涂层材料的摩擦磨损性能研究摩擦磨损是各种工程装置以及机械设备在运行过程中难以避免的现象。

为了保证机械设备的长期运行和降低维护成本，研究人员一直致力于开发新型涂层材料，以提高材料的摩擦磨损性能。

而纳米涂层材料由于其独特的性能和结构，成为当前研究的热点之一。

纳米涂层材料是指厚度在纳米量级的涂层材料，其粒子的粒径通常小于100纳米。

相比传统的涂层材料，纳米涂层材料具有更高的硬度和更好的耐磨性，这使得它们在摩擦磨损场合中表现出色。

首先，纳米涂层材料具有很强的硬度和刚性。

纳米颗粒的小尺寸和高比表面积使得纳米涂层材料具有优异的力学性能。

在摩擦磨损过程中，纳米涂层的硬度可以对抗外界应力，阻止材料表面的微观塑性变形，从而减少摩擦磨损。

此外，由于纳米涂层具有较高的刚性，其表面形貌变化较小，摩擦系数也相对较低。

其次，纳米涂层材料具有优异的润滑性能。

纳米颗粒的细小尺寸使得纳米涂层在其表面形成了较为光滑的纳米结构。

这种微观结构可以存储大量的润滑油，形成有效的润滑膜，减少表面间的直接接触，从而降低了摩擦磨损。

另外，纳米涂层具有较高的分散性，能够在喷涂或者电化学沉积过程中均匀地分布在基材表面，提高涂层的光滑度和润滑性。

第三，纳米涂层材料具有优异的耐磨性。

纳米涂层的微观结构可以有效地阻碍摩擦磨损粒子的运动，并且降低表面的摩擦热量和机械破坏。

此外，纳米涂层的高硬度和刚性也能够抵抗外界物理和化学侵蚀，提高涂层的使用寿命和稳定性。

纳米涂层材料的研究和应用涵盖了广泛的领域，如汽车工业、航空航天、电子设备等。

以汽车工业为例，纳米涂层材料可以应用在发动机缸套、活塞环以及传动装置等关键部件上，提高汽车发动机的效能和寿命，降低能源消耗和环境污染。

在航空航天领域，纳米涂层材料能够提高飞机发动机的涡轮叶片耐腐蚀性和耐磨性，延长其使用寿命，同时减少维护和更换的频率。

然而，纳米涂层材料的研究和应用还面临一些挑战。

首先，纳米涂层的制备工艺和涂层厚度的控制较为复杂，因此需要在制备过程中精确控制实验条件，以获得具有高质量和充分性能的纳米涂层。

具有优异附着力、抗氧化性、耐磨性和硬度的AlCrWSiN涂层研究（2. 香港理工大学工业级系统工程学系）摘要：本文研究了AlCrWSiN涂层（60:30:5:5%原子数）的最佳沉积条件，并评估了其附着力、耐磨性和硬度等物理性质。

该涂层材料硬度大于35 GPa，不仅实现了优异的工业级HF1附着力质量，而且表现出良好的耐磨性，有超过ALNOVA涂层的潜在可能。

涂层材料的试验研究表明，涂层材料显示出优异的再现性特性。

此外，该材料表现出改善的抗氧化性，氧化测试后重量仅增加了约1.1 mg。

这些发现使AlCrWSiN涂层材料非常适合用于外科手术切割工具的生产。

前言切削刀具上的硬质涂层可以提供一系列好处[1-5]。

它能够提高工具的强度和耐用性，且有助于减少磨损，增加耐腐蚀性[6-8]。

硬质涂层能够改善刀具的切削性能，帮助其更精确、更高效地切削。

此外, 硬质涂层有助于保护工具免受灭菌处理造成的损坏[9]，因此更适用于医疗零件加工。

外科手术用切割工具涂层的另一个所需特性是强附着力[10，11]，这有助于确保外科切割工具能够在更长时间内发挥最佳性能，并保持免受潜在的破坏性影响。

借助具有高耐磨性的高附着力涂层材料，可确保安全性，延长设备寿命，并提高切削工具的性能[12]。

然而，随着时间的推移，氧化可能会降低涂层材料的性能，使其效果降低。

涂层的抗氧化性很重要，因为它提供了一层额外的保护层，以抵御恶劣的切削工作环境。

任何不抗氧化的附着涂层最终都会分解并失去其防磨损的能力。

具有优异抗氧化性的强附着力涂层对于确保部件的寿命和整体性能至关重要。

我们的研究旨在开发下一代具有强附着力的抗划伤硬质涂层材料，且适用于生产医疗应用（产品）。

我们分三个阶段检测了涂层刀具上的AlCrWSiN薄膜的附着力质量[11]、耐磨性[13]、抗氧化性[13]和硬度。

初始阶段包括评估薄膜内是否具有期望的物理性质，然后测试这些特性的再现性以适应生产线生产。