亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        電參數(shù)對CrN薄膜在去離子水環(huán)境下摩擦磨損性能的影響*

        2022-01-19 00:24:42柯慶航王玉飛袁祖浩汪瑞軍
        潤滑與密封 2021年12期
        關(guān)鍵詞:磨痕結(jié)合力偏壓

        柯慶航 詹 華,2 王玉飛 袁祖浩 汪瑞軍,2

        (1.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院 北京 100083;2.北京金輪坤天特種機械有限公司 北京 100083;3.洛陽軸承研究所有限公司 河南洛陽 471039;4.中國電子科技集團公司第四十八研究所 湖南長沙 410000)

        GH05合金是一種以鎳鉻為主要成分的合金,其具有抗磨損、無磁、耐腐蝕、硬度高等優(yōu)點[1-2],適合作為高溫水環(huán)境下的軸承套圈和滾動體材料使用。但在復(fù)雜多變的水潤滑實際運行工況條件下,GH05合金材料的軸承仍會出現(xiàn)磨損和腐蝕,影響機械設(shè)備的服役壽命。雖然水潤滑無污染、冷卻效果好,但是與油潤滑相比水的黏度低,僅為傳統(tǒng)潤滑油黏度的1/20,形成的水膜厚度僅為油膜厚度的百分之一甚至千分之一,這會導(dǎo)致非流體摩擦工況的出現(xiàn),進(jìn)而造成材料的嚴(yán)重磨損[3-4];同時,金屬材料長期處于水潤滑條件下也會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

        CrN薄膜因其耐腐蝕、耐磨損、化學(xué)穩(wěn)定性好以及具有良好的熱穩(wěn)定性[5-6],不但可作為工模具和切削工具的表面強化涂層,而且可作為提高關(guān)鍵零部件耐磨和防腐功能的涂層。多弧離子鍍是制備CrN薄膜常用的方法,制備工藝參數(shù)是影響膜層微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的關(guān)鍵因素,國內(nèi)外學(xué)者針對氮氣分壓、真空度、靶電流、偏壓、前清洗等參數(shù)開展了大量的研究[7-10]。但是現(xiàn)有的研究都是基于不銹鋼材料為基體的基礎(chǔ)上開展的,針對特殊的GH05合金為基體的CrN薄膜工藝參數(shù)優(yōu)化及其在去離子水環(huán)境下的摩擦學(xué)性能研究未見相關(guān)報道[11-13]。

        本文作者采用工業(yè)生產(chǎn)用多功能離子鍍膜設(shè)備,利用多弧離子鍍方法,通過變化偏壓和靶電流在GH05合金試樣表面制備不同的CrN薄膜,研究其微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度和膜基結(jié)合力以及去離子水環(huán)境下長時摩擦磨損性能,以期獲得在去離子水環(huán)境下具有最佳性能的CrN薄膜及其制備工藝參數(shù)。

        1 試驗部分

        1.1 薄膜制備

        基體材料采用GH05合金,試樣尺寸為φ30 mm×5 mm,其主要成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%Cr,3%Al,1%Ti,少量的P、S,其余為Ni。依次采用240#、600#、1000#、1500#、2000#砂紙研磨,再經(jīng)過拋光和超聲波清洗(丙酮溶劑),最后烘干備用。

        采用多弧離子鍍方法制備CrN薄膜,采用純度99.95%的Cr靶作為靶材、采用純度99.999%的氬氣和氮氣分別作為前置氣體和反應(yīng)氣體。CrN薄膜的制備過程是首先將烘干后的GH05合金試樣放入真空室,預(yù)抽真空至2×10-3Pa,然后在-500 V的偏壓下用氬等離子體清洗基體表面45 min,清洗時離子源功率設(shè)定1 kW,氬氣流量200 mL/min。為了提高CrN薄膜與基體的結(jié)合力,清洗完成后進(jìn)行Cr層的制備;Cr層制備時氬氣流量250 mL/min,偏壓-100 V,靶電流90 A,沉積時間15 min。為研究電參數(shù)的影響,采用不同的偏壓和靶電流共制備5種CrN薄膜,具體的制備工藝參數(shù)和樣品編號見表1。

        表1 CrN薄膜的制備工藝參數(shù)Table 1 Preparation process parameters of CrN film

        1.2 薄膜表征

        采用S-4800冷場發(fā)射掃描電鏡(SEM)觀察薄膜的表面和截面微觀形貌。采用X射線衍射儀測試薄膜的相組成。采用EM1500DL型顯微硬度計測量薄膜的顯微硬度,試驗載荷為0.245 N,保壓時間為10 s,取5次測量的平均值作為薄膜的顯微硬度。根據(jù)ASTM C 1624—2005標(biāo)準(zhǔn),利用多功能材料表面試驗儀測定膜基結(jié)合力,終止載荷100 N,速度100 N/min,長度5 mm,測試3次,取3次的平均值作為最終膜基結(jié)合力。

        采用鹽霧磨損試驗機在去離子水環(huán)境下進(jìn)行球-盤摩擦方式的摩擦磨損試驗,對磨副為φ6 mm的Si3N4球,摩擦載荷20 N,摩擦轉(zhuǎn)速80 r/min,摩擦?xí)r間600 min。磨損后薄膜的輪廓曲線采用Nexview白光干涉三維輪廓儀測量。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 薄膜形貌和微觀結(jié)構(gòu)

        圖1所示為采用不同電參數(shù)在GH05合金表面制備的CrN薄膜表面和斷口形貌。可以看出,不同電參數(shù)制備的5種CrN薄膜表面均存在微顆粒、針孔和凹坑。因為采用電弧離子鍍制備CrN薄膜時,Cr靶材表面蒸發(fā)出未碰撞離化的融滴造成了表面微顆粒,在后續(xù)的鍍膜過程中由于薄膜表面的持續(xù)濺射而脫落,形成了表面針孔和和凹坑[14]。從斷口形貌來看,5種CrN薄膜均呈柱狀結(jié)構(gòu),且薄膜與基體之間結(jié)合良好、薄膜厚度均勻一致。圖1(a)—(f)所示為CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜的表面和斷口形貌??梢钥闯觯诎须娏?0 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜表面微顆粒大小逐漸減小,薄膜厚度逐漸增大,分別為2.42 、4.40、5.71 μm。圖1(e)—(j)所示為CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜表面和斷口形貌??梢钥闯觯谄珘?80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜表面凹坑大小逐漸減小,薄膜厚度逐漸增大,分別為5.71、5.90、6.71 μm。

        圖1 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜的表面和斷口形貌Fig 1 Surface and fracture morphology of CrN films prepared with different electrical parameters (a)surface morphology of CrN-1 film;(b) fracture morphology of CrN-1 film;(c) surface morphology of CrN-2 film;(d) fracture morphology of CrN-2 film;(e) surface morphology of CrN-3 film;(f) fracture morphology of CrN-3 film;(g) surface morphology of CrN-4 film;(h) fracture morphology of CrN-4 film;(i) surface morphology of CrN-5 film;(j) fracture morphology of CrN-5 film

        圖2所示是不同電參數(shù)制備的CrN薄膜的XRD譜圖。可以看出,CrN-1薄膜中存在Cr和CrN相結(jié)構(gòu),Cr相具有很強的(111)衍射峰,CrN相具有(110)、(211)和(220)等衍射峰,擇優(yōu)取向為(110);CrN-2和CrN-3薄膜中存在Cr、CrN和Cr2N相結(jié)構(gòu),Cr相具有(110)衍射峰,CrN相具有(110)、(211)和(220)等衍射峰,擇優(yōu)取向為(110),Cr2N相具有(-1,-1,1)衍射峰。CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,CrN薄膜的相結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由CrN+Cr到CrN+Cr+Cr2N相的轉(zhuǎn)變,這是因為偏壓會對成膜基團的成核和生長階段產(chǎn)生動力學(xué)影響,從而改變薄膜的微觀結(jié)構(gòu)[15]。CrN-3、CrN-4和CrN-5薄膜中都存在CrN和Cr2N相結(jié)構(gòu),CrN相均有(110)、(211)和(220)等衍射峰,擇優(yōu)取向均為(110),Cr2N相均具有(-1,-1,1)衍射峰。此外,CrN-3薄膜中還存在微弱的Cr相(110)衍射峰。CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜的相結(jié)構(gòu)沒有明顯變化,薄膜的衍射峰位幾乎相同,只是各衍射峰的強度隨著靶電流的增大而增大。

        圖2 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜的XRD譜圖Fig 2 XRD spectra of CrN films prepared with different electrical parameters

        2.2 薄膜的硬度和結(jié)合力

        圖3示出了不同電參數(shù)制備的CrN薄膜的顯微硬度??梢钥闯?,5種CrN薄膜的顯微硬度分別為20.14、20.75、24.73、24.43、21.96 GPa。CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜的顯微硬度逐漸增大,這是由于偏壓增大,等離子體的轟擊作用增強,導(dǎo)致薄膜的致密度變高,根據(jù)Hall-Petch關(guān)系可知晶界增多,阻礙位錯運動能力增強,則硬度越高[14]。CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜硬度逐漸降低,但相差較小。

        圖3 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜硬度Fig 3 Hardness of CrN films prepared with different electrical parameters

        圖4示出了不同電參數(shù)制備的CrN薄膜的結(jié)合力,可以看出,5種CrN薄膜的結(jié)合力分別為32.13、27.39、34.16、38.39、33.38 N。CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜結(jié)合力先減小后增大。這是因為隨著偏壓從-40 V增大到-60 V,離子對基體表面的轟擊增強,破壞沉積好的薄膜,增大內(nèi)應(yīng)力,降低薄膜結(jié)合力;隨著偏壓從-60 V增大到-80 V,一些離子會注入到薄膜內(nèi)部[16],提高了薄膜結(jié)合力。最終,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜結(jié)合力先減小后增大。CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜結(jié)合力先增大后減小。這是因為增大靶電流會提高沉積溫度,這樣有利于增大薄膜結(jié)合力;但隨著溫度的進(jìn)一步提升會增大薄膜與基體之間的熱應(yīng)力,降低薄膜結(jié)合力[14],最終導(dǎo)致了薄膜結(jié)合力先增大后減小。

        圖4 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜結(jié)合力Fig 4 Binding force of CrN films prepared with different electrical parameters

        2.3 去離子水條件下薄膜的摩擦磨損性能

        圖5所示為不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的摩擦因數(shù)曲線??梢钥闯?,5種CrN薄膜的平均摩擦因數(shù)分別為0.256、0.416、0.247、0.164、0.331。CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜的平均摩擦因數(shù)先增大后減小。CrN-1、CrN-3薄膜的平均摩擦因數(shù)相差不大;CrN-1薄膜的摩擦因數(shù)在短暫的升高后在0.2~0.4范圍內(nèi)波動,最后穩(wěn)定在0.2附近;CrN-2薄膜的摩擦因數(shù)波動較大,其平均摩擦因數(shù)也最高,說明其摩擦磨損過程最為劇烈;CrN-3薄膜的摩擦因數(shù)在經(jīng)過短暫降低后呈持續(xù)上升趨勢。CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜的平均摩擦因數(shù)先減小后增大。CrN-4薄膜的摩擦因數(shù)波動較小,其平均摩擦因數(shù)也最小,CrN-4薄膜的低摩擦因數(shù)與其高硬度以及光滑的表面有關(guān);CrN-5薄膜的摩擦因數(shù)在整個摩擦過程中呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。CrN-1、CrN-3、CrN-5薄膜的平均摩擦因數(shù)相差不大,CrN-4薄膜的平均摩擦因數(shù)最小,比CrN-2薄膜降低了60%。

        圖5 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的摩擦因數(shù)曲線Fig 5 Friction coefficient curves of CrN films prepared with different electrical parameters in deionized water environment

        圖6所示為不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下磨損后磨痕的二維輪廓。可以看出,CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜的磨痕寬度先減小后增大,其值分別為985.324、982.393、1 118.366 μm,可見CrN-1、CrN-2薄膜的磨痕寬度相差不大;薄膜的磨痕深度先增大后減小,其值分別為0.507、0.514、0.428 μm,可見CrN-1、CrN-2薄膜的磨痕深度相差不大。CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜的磨痕寬度逐漸減小,其值分別為1 118.366、835.297、586.063 μm;薄膜的磨痕深度先減小后增大,其值分別為0.428、0.387、0.883 μm。CrN-3薄膜的磨痕寬度最大,CrN-4薄膜的磨痕深度最小,CrN-5薄膜的磨痕深度最大而磨痕寬度卻最小。5種CrN薄膜的磨痕深度遠(yuǎn)小于膜層厚度,說明5種CrN薄膜保存較為完整。

        圖6 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜磨痕的二維輪廓Fig 6 Two-dimensional profile of CrN film wear scar prepared by different electrical parameters

        通過計算得到5種CrN薄膜的磨損體積如圖7所示??梢钥闯?,5種CrN薄膜的磨損體積分別為0.011 4、0.010 9、0.013 1、0.007 1、0.011 1 mm3。CrN-1、CrN-2、CrN-3薄膜在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,薄膜的磨損體積先減小后增大;CrN-3、CrN-4、CrN-5薄膜在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,薄膜的磨損體積先減小后增大。磨損體積最小的CrN-4薄膜與磨損體積最大的CrN-3薄膜相比降低了46%,CrN-1、CrN-2、CrN-5薄膜的磨損體積相差不大,CrN-4薄膜表現(xiàn)出最好的耐磨性。

        圖7 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的磨損體積Fig 7 Wear volume of CrN films prepared with different electrical parameters in deionized water environment

        為深入研究不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的摩擦磨損機制,利用掃描電子顯微鏡觀察了5種CrN薄膜的磨痕形貌,如圖8所示。可以看出,5種CrN薄膜在摩擦磨損過程中由于循環(huán)應(yīng)力和去離子水環(huán)境的共同作用導(dǎo)致薄膜制備過程中形成的表面微顆粒基本上被去除,其磨損機制主要為磨粒磨損;若磨屑未及時被去離子水帶走,就會在摩擦副間造成磨粒磨損,在薄膜磨痕表面形成溝槽,如圖8(a)所示。5種薄膜隨著偏壓或靶電流的變化,其磨損類型并沒有發(fā)生變化。此外,CrN-2薄膜出現(xiàn)部分剝落,如圖8(b)所示。對于CrN-3、CrN-4和CrN-5薄膜,磨痕處形貌相比周圍形貌更加光滑,未出現(xiàn)裂紋和剝落情況。

        圖8 不同電參數(shù)制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的磨痕形貌Fig 8 Wear scar morphology of CrN films prepared with different electrical parameters in deionized water environment (a) CrN-1 film;(b) CrN-2 film; (c) CrN-3 film;(d) CrN-4 film; (e) CrN-5 film

        3 結(jié)論

        (1)在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,CrN薄膜表面微顆粒大小逐漸減小,厚度逐漸增大,CrN薄膜的相結(jié)構(gòu)由CrN+Cr相到CrN+Cr+Cr2N相的轉(zhuǎn)變;在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,CrN薄膜表面凹坑大小逐漸減小,厚度逐漸增大,而CrN薄膜的相結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。

        (2)在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,CrN薄膜的硬度也相應(yīng)增大,結(jié)合力先增大后減??;在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,CrN薄膜的硬度隨之減小,結(jié)合力先增大后減小。

        (3)在靶電流80 A不變的情況下,隨著偏壓從-40 V增大到-80 V,CrN薄膜的平均摩擦因數(shù)先增大后減小,磨損體積先減小后增大;在偏壓-80 V不變的情況下,隨著靶電流從80 A增大到120 A,CrN薄膜的平均摩擦因數(shù)先減小后增大,磨損體積先減小后增大。當(dāng)偏壓為-80 V,靶電流為100 A時制備的CrN薄膜在去離子水環(huán)境下具有最低的平均摩擦因數(shù)和最小的磨損體積,分別為0.164和0.007 1 mm3,在5種CrN薄膜中表現(xiàn)出最佳的耐磨性。

        (4)CrN薄膜在去離子水環(huán)境下的磨痕形貌主要呈現(xiàn)磨粒磨損的溝槽形貌,同時表現(xiàn)出拋光效果。

        猜你喜歡
        磨痕結(jié)合力偏壓
        關(guān)于J.Warburton方法的鋼絲交叉磨痕體積計算及誤差分析
        三種預(yù)處理工藝對汽輪發(fā)電機鋁合金部件表面結(jié)合力的影響
        藍(lán)莓采摘期結(jié)合力測試與變化趨勢的分析
        水介質(zhì)下打磨磨痕對鋼軌疲勞損傷的影響
        減少GDX2包裝機組“磨痕”煙包的數(shù)量
        預(yù)留土法對高鐵隧道口淺埋偏壓段的影響
        從輪胎磨痕準(zhǔn)確判斷裝備輪胎損傷
        電鍍級ABS樹脂(Ⅱ)電鍍工藝對鍍層結(jié)合力的影響
        上海塑料(2015年3期)2015-02-28 14:52:08
        淺埋偏壓富水隧道掘進(jìn)支護工藝分析
        河南科技(2015年4期)2015-02-27 14:21:05
        灰色理論在偏壓連拱隧道中的應(yīng)用
        91免费播放日韩一区二天天综合福利电影 | 久久天天躁夜夜躁狠狠85麻豆 | 无码人妻精品一区二区三区不卡| 99热这里只有精品69| 国产三级三级三级看三级日本| 成人av综合资源在线| 吃奶呻吟打开双腿做受视频 | 国产成人精品久久综合| 男人天堂网在线视频| 国产男女猛烈无遮挡免费视频网址| 亚洲中文字幕精品久久吃奶| 狠狠人妻久久久久久综合蜜桃| 亚洲av无码片一区二区三区| 一区二区无码精油按摩| 一级黄色一区二区三区| 亚洲成av人影院| 免费可以在线看A∨网站| 国产偷拍盗摄一区二区| 91精品国产综合久久熟女| 天天影视性色香欲综合网| 精选麻豆国产AV| 女人天堂av免费在线| 亚洲欧洲成人精品香蕉网| 8888四色奇米在线观看| 日本一区二区三区在线播放| 久久久天堂国产精品女人| 老少配老妇老熟女中文普通话| 国产精品麻豆成人AV电影艾秋| 中文字幕精品乱码一二三区| 人人妻人人澡人人爽欧美一区| 少妇无码一区二区三区| 91福利精品老师国产自产在线| 亚洲三级中文字幕乱码| 久久精品国产精油按摩| 免费的一级毛片| 亚洲精品综合久久中文字幕| 无码人妻久久一区二区三区蜜桃| 亚洲综合无码一区二区三区| 免费在线观看亚洲视频| 亚洲人成在久久综合网站| 亚洲av日韩av综合|