不锈钢表面强化及摩擦学性能研究
高分子材料与材料摩擦学的研究
高分子材料与材料摩擦学的研究摩擦是一种常见的物理现象，它发生在两个物体表面接触时，由于相对运动而产生的阻力。
在工程应用中，摩擦现象的控制和减少是至关重要的，特别是在高分子材料与材料摩擦学的研究中。
本文将探讨高分子材料与材料摩擦学的研究成果和应用前景。
高分子材料是一类由重复单元组成的大分子化合物，具有独特的物理和化学性质。
它们广泛应用于各种领域，如塑料、橡胶、纤维等。
在实际应用中，高分子材料摩擦产生的摩擦力和磨损率是需要考虑的关键因素。
因此，研究高分子材料的摩擦学特性对于合理设计和改进材料性能具有重要意义。
在高分子材料与材料摩擦学的研究中，研究者主要关注以下几个方面：首先是摩擦与磨损机制的研究。
高分子材料的摩擦与磨损机制与传统材料有所不同。
高分子材料由于其特殊的结构和性质，在摩擦过程中会发生切削、磨粒磨损、热磨损等现象。
研究这些机制有助于深入理解高分子材料摩擦学的本质，并为减少摩擦和磨损提供依据。
其次是改善高分子材料的摩擦性能。
通过添加润滑剂、强化材料表面以及优化制造工艺等方法，可以改善高分子材料的摩擦性能。
例如，在塑料制品中添加润滑剂可以降低摩擦系数，减少磨损率。
此外，采用聚合技术和复合技术等新方法，可以增强高分子材料的摩擦特性，提高其使用寿命。
第三是利用高分子材料的摩擦性能开发新的应用。
高分子材料的摩擦学特性广泛存在于工程应用中。
例如，在汽车制造领域，高分子材料被广泛应用于制动系统的制动片、轮胎的胎面、传动系统的密封件等部件中，其良好的摩擦性能可以提高系统的可靠性和效率。
类似地，高分子材料的摩擦学特性也在润滑油、塑料制品、医疗器械等领域发挥着重要作用。
总体而言，高分子材料与材料摩擦学的研究具有重要的理论和实际意义。
在未来，随着高分子材料的不断发展和应用领域的扩大，对其摩擦学特性的研究将变得越来越重要。
通过深入研究高分子材料的摩擦学特性，可以为现代科技和工业的进步提供新的方向和方法。
然而，高分子材料与材料摩擦学的研究仍存在一些挑战和难题。
不锈钢熔覆技术__解释说明以及概述
不锈钢熔覆技术解释说明以及概述1. 引言1.1 概述不锈钢熔覆技术是一种将不锈钢材料熔覆在基底材料表面的加工方法，以提高工件表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
该技术通过将不锈钢粉末或线材加热到熔点后，在基底材料上进行涂敷并融合，形成一个具有优良性能的保护层。
随着工业领域对于耐腐蚀材料需求的增长，不锈钢熔覆技术得到了广泛应用。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
引言部分提供了关于不锈钢熔覆技术的概述以及文章的结构安排。
第二部分解释说明了不锈钢熔覆技术的定义、工艺过程以及材料选择和优势。
第三部分概述了该技术在各个应用领域中的使用情况，并介绍了其工业发展历史与背景，同时展望国内外现状与趋势。
第四部分通过实际案例进行详细分析，以进一步说明该技术在实际应用中的效果。
最后，第五部分给出了对不锈钢熔覆技术的结论总结，并展望了其未来发展的影响与前景。
1.3 目的本文旨在深入介绍不锈钢熔覆技术，包括其定义、工艺过程、材料选择和优势等方面的内容。
通过探究该技术在各个领域的应用情况和发展历史，以及对国内外现状与趋势的预测，旨在提供读者对于不锈钢熔覆技术的全面理解。
同时，通过实际案例分析和优点总结，传达该技术在提高工件表面性能方面的重要性，并展望其未来发展潜力。
2. 不锈钢熔覆技术解释说明2.1 熔覆技术定义不锈钢熔覆技术是一种金属表面处理方法，通过将一层不锈钢材料熔化并覆盖在其他基础材料上，实现增强或改善表面性能的目的。
这种技术可以在不改变整体结构的情况下，提高基材的耐腐蚀性、抗磨损性和抗高温性能。
2.2 熔覆工艺过程不锈钢熔覆技术主要包括以下几个步骤：第一步：准备工作。
此阶段需要对基材进行清洁，并确保其表面光洁度和平整度满足要求。
第二步：预处理。
根据具体情况，可以采用喷丸、酸洗等方式对基材进行预处理，以消除氧化物和污染物，并提高与不锈钢粉末之间的黏附力。
第三步：选择合适的熔覆设备和方法。
根据需求和应用场景，可以选择等离子热喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂等不同的熔覆设备和方法。
《模具表面强化技术》课件
适用于各种材料的模具表面强 化。
具有高精度和灵活性，可实现 局部强化，但设备成本和维护 成本较高。
化学表面强化技术
总结词
详细描述
适用范围
技术特点
通过化学反应改变表面成分 和结构，提高表面硬度和耐
磨性。
化学表面强化技术包括化学 气相沉积、物理气相沉积等 ，这些方法通过在模具表面 形成一层与基体结合牢固的 硬化层，从而提高表面硬度
总结词
适用范围
涂层与基体结合强度高，能够有效保护模具表面不受 磨损和腐蚀，但涂层制备工艺复杂，成本较高。
技术特点
适用于各种材料的模具表面强化。
物理表面强化技术
总结词
详细描述
适用范围
技术特点
通过物理方法改变表面形态和 结构，提高表面硬度和耐磨性 。
物理表面强化技术包括激光束 、电子束、离子注入等，这些 方法通过改变表面形态和结构 ，使表面形成硬化层或引入合 金元素，从而提高表面硬度和 耐磨性。
表面强化技术通常需要特定的设备和工艺条件，增加了实施的难度和 成本。
对原始模具表面的要求
某些表面强化技术要求原始模具表面必须达到一定的质量标准，否则 可能会影响强化效果。
可能改变模具材料性能
表面强化技术可能会改变模具材料的原有性能，需要充分了解和掌握 相关技术细节。
短期的强化效果与长期稳定性之间的平衡
寿命。
降低生产成本
通过减少模具维修和更换的频 率，表面强化技术可以帮助企 业降低生产成本。
提高产品质量
强化后的模具表面具有更好的 光洁度和尺寸稳定性，能够有 效提高产品的质量和一致性。
适用于各种模具材料
表面强化技术适用于各种模具 材料，如钢、硬质合金、陶瓷
不锈钢材料加工性能探索
３离子注 入工艺 。离子注入工艺 是利 用小型低能 离子加 ．
速器 ，将 需要注入元素 的原子，在加速器 的离子源 中电离 成
离子并在 高压 电场下将其加速 ，使它们形 成具有数万至数 百
万 电子伏 （ｖ 能量的高速离子流 ，再经磁分析 器提纯后 ，离 ｅ） 子束强行打入 置于靶室 中的模 具工作表面 ，以引起模具表 面 得到过饱和 固溶体、非 晶态和其 他化合物层 ，从而改变模具 表面的摩擦系数和 提高表面硬度 、耐磨性及耐腐 蚀性 ，延长 模具的使用寿命一 种表 面处理工 艺。 目前 ，我 国 已可提供离 子注入 Ｎ 、Ｂ非金属和注入 Ｔ 、Ｔ 、ｗ 等金属元素 的生产 、Ｃ ａ ｉ 设备。而 国内外进 一步研究和应用 离子注人技术和 气相沉积 镀膜 技术相结合 的复合 表面离子处理 技术 。研究表 明其主要 强化机 制：（ ）辐射 强化；离子注入 必然带来辐射损伤 和产 １ 生晶格缺 陷、打破正常有序的 晶格列 ，使金属得到强化 。（ ） ２ 相 结构 变化；控制有效 的离子注人 ，会使 相结构 向着提 高性 能 的方 向转变 ，还可能形成 非晶态合金 。（ ）固溶 强化 和马 ３ 氏体强化 ；传统 的碳钢和合金是用淬火 处理 形成 马氏体 （ Ｃ 即
切 削区域和 刀面 上的温度快速升 高，所 以 （ 下转 第 １７ 页 ） ３
【 作者简介 】朱桂华 （ ９４ ），男，江苏靖 江人 ，常州工程 职业技 术学院机械 工程 系副主任 ，研 究方 向为机械制造 。 １６一
１ ２５．
一
形成 是靠 盐浴 中 的活性 金属 原子 和碳 原 子的双 向扩 散 完成 的，而碳原子 的整个扩 散过程 ，均在 基材 （ 固体） 内进 行 。熔 盐浸 镀法是一种利用扩 散规律进行 表面强化 的处理 方法，经
车用铝合金发动机活塞表面强化涂层磨损性能研究
第27卷第6期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.27，No.6 Dec.，20212021年12月活塞作为汽车发动机的重要组件之一，被称为发动机的“心脏”[1]。
它一般服役于极端温度、贫油、高比负荷等苛刻工作环境，随着人们对发动机的爆发压力和功率密度要求不断提高，其机械负荷也不断提升，表面磨损能量损耗通常高达总损耗的50%[2-4]。
车用发动机铝合金活塞具有材质轻、高强度的特点，然而，其高温强度和耐磨性较差，因而容易出现由黏着磨损引发的内壁拉缸以及由磨粒磨损引发的密封面破坏，从而使得发动机的整体质量恶化，使用寿命及工作效率受到影响[5-7]。
因此，为进一步提高活塞的耐磨性能和综合服役性能，延长其使用寿命，亟需对车用发动机活塞表面进行强化处理的研究。
当前，已有研究成果显示：高晓波等人[8]对铝合金活塞材质添加TiB2颗粒，使得工件高温强度提升，活塞的磨损量降低70%；赵小峰等人[9]对铝合金活塞环环槽表面采用共沉积技术制备Ni-SiC 耐磨涂层，涂层分布均匀覆盖，硬度高达700~800 HV，耐磨性提高了2~3倍；吴成武等人[10]对失效退役的往复式活塞杆采用超音速火焰喷涂技术进行修复，使其耐用性优于新品；逯世廷[11]研究发现，活塞的往复运动使活塞-缸套磨损加剧、间隙加大，从而影响活塞的振动特性，进而影响到发动机的工作可靠性；张俊峰等人[12]对缸套/活塞摩擦副进行激光束织构处理后，利用含MoS2和Al2O3颗粒的镍基镀液进行镀层，由于所含颗粒发挥的自润滑功能降低了摩擦作用力，该镀层使得工件磨损率显著降低。
然而，参考上述研究思路及方法，对铝合金材质活塞表面采用等离子喷涂技术制备镍基涂层，并分析其组织、力学性能和磨损性能的研究相对较少。
本文以最常见的发动机活塞材料ZL109为基车用铝合金发动机活塞表面强化涂层磨损性能研究韩冰源，杜伟，徐文文，高祥涵，楚佳杰，吴成（江苏理工学院汽车与交通工程学院，江苏常州213001）摘要：为了研究车用发动机铝合金活塞表面强化处理效果，以ZL109材料为基体，采用等离子喷涂技术制备镍基合金涂层，并对涂层宏微观形貌、显微硬度、结合强度和孔隙率等基本特性进行了系统表征。
脉冲电沉积Ni-SiC复合镀层及其性能的研究
脉冲电沉积Ni-SiC复合镀层及其性能的研究摘要：本文将脉冲电流应用于复合电沉积过程中，与纳米粉材料有机结合，制备了含有SiC微粒的镍基复合镀层，研究了镀液SiC含量、脉冲峰值电流密度、脉冲占空比等因素对不锈钢(45#)表面Ni-SiC复合镀层的影响规律。
利用扫描电子显微镜(SEM)分析了复合镀层的表面形貌，同时对镀层的显微硬度、表面粗糙度及耐磨性进行了分析研究。
结果表明：(1)脉冲电流使所得镀层晶粒细化；(2)与纯镍镀层相比，由于SiC固体微粒的加入，复合镀层的晶体结构发生了明显的变化；(3)峰值电流密度增大，复合镀层的硬度上升，表面粗糙度下降；(4)在平均电流密度不变的情况下，占空比的大小直接反映了峰值电流密度的大小，占空比增大，复合镀层的硬度下降，磨损率上升。
关键词：脉冲、复合电沉积、Ni-SiC、复合镀层A study of Pulse Electrodeposited Ni-SiC Composite Coating and it’sPropertiesStudent: Chen LiTutor: Y ang Wu(College of Chemistry and Chemical Engineering, Northwest Normal University,Lanzhou 730070,Gansu,China)Abstract: A composite coating of Ni matrix containing nano-SiC powder is prepared by pulse current electrodeposition. The influence of technological condition, such as SiC content in bath, peak current density, pulse current on-off ratio, on the property of Ni-SiC composite coating on the 45# steel substrates were investigated in detail. The morphology of the composite coating were analyzed by using SEM. The microhardness, surface roughness and wear behavior of Ni-SiC composite coating were investigated. The result show:(1)The pulse current make the crystal size of Ni matrix smaller;(2)Compare with pure Ni coating, the crystallization of the Ni matrix change due to the SiC particles incorporation;(3)The microhardness of composite coating increase and the surface roughness decrease with the increase of pulse peak current density;(4)Under the condition of same average current density, the microhardness of composite coating decrease, and the rate of wear increase with the increase of on-off ratioKey words: Pulse, Composite electrodeposition, Ni-SiC, Composite coating第一章综述1.复合电镀随着工业和高新技术的飞速发展，单一材料已难以满足特殊需要，因此各种有特定功能的复合镀层及复合电镀技术的研究日益增强，它在材料的表面保护、表面处理、表面改性及表面强化等方面越来越显示出不可取代的重要地位。
表面强化处理工艺对20CrMnTi钢性能的影响
收 稿 日期 ：Ｏ １—０ ２ ２ｌ ５— ４
相 组成 测试 结果 见 图 ２ 。从 图 ２中可 以看 出 ，
作者简介 ： 薛
４
崤 （ ９０一） 男 ， 科 在 渎 。 １９ ， 本
薛 崤， 陈 超 ， 秦 亮， 国栋 表面强化 处理 工艺对 ２ ＣＭｎ ｉ 崔 ０ ｒ Ｔ 钢性 能的影响
处理 得到 的表 面化合 物 层致 密 。
Ｘ ｈ气 体多元 共 渗 ， 渗 的介 质 主要 为 氨气 和 自行 ４ 共 配 制 的添加 气体 ；
（ ）工艺 （ ）＋表面 淬火 ＋１ ０ ３ ２ ８ ℃低温 回火 。
１ ３ 测 试 仪 器 ．
采用 Ｏ Ｙ Ｕ Ｘ １型 金 相 显 微 镜 测 试 了不 Ｌ ＭＰ ＳＢ ５ 同 工 艺 处 理 后 样 品 表 面 的 微 观 形 貌 ； 用 Ｐ ｉ 采 ｈｌ 一
多元 共渗 、 多元共 渗 ＋表 面淬 火 等 工 艺 进行 了表 面
强化 处理 ， 试 了不 同工艺 强化处 理后 样 品的金 相 、 测 硬度 、 Ｒ 耐磨 性 及抗蚀 性 等 。 Ｘ Ｄ、
艺处理 后样 品表 面 的 相组 成 ， 试 条件 为 Ｃ 测 ｕ靶 ， 电 压 ４ Ｖ， ０ ｋ 电流 １０ｍＡ， 描速度 为 ３／ ； ５ 扫 。ｓ 利用 Ｈ Ｄ Ｘ
元 素
甜（ ） Ｃ
甜（ ｒ Ｃ）
（（ ） ｃ Ｍｎ ＇
（（ ｉ ￡ Ｔ） Ｊ
∞（ ｉ ｓ）
募０￣３０１ ０．０￣０１． ．０ １￣，． １ ．０ ０￣７ １． ． ．０￣５０ ． ．０ ７ ２ ０ ｓ８ １ ４ １ ３ ７
雾 ｏ ・ － ． ｚ 。
９ ８规 定 的 要 求 。
关键 词 ：０ ｒ Ｔ 钢 ； ２ Ｃ Ｍｎ ｉ 多元 共渗 ； 面淬 火 ； 磨性 ； 蚀 性 表 耐 抗 中 图分 类 号 ： Ｇ ６ Ｔ １１ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
喷丸强化对CF53钢摩擦磨损性能的影响
MATERIALS FO R M ECHANICAL ENGINEERINGD O I：10.11973/jxgccl2021050052021 年5 月第45卷第5期Vol. 45 No. 5 May 2021喷丸强化对CF53钢摩擦磨损性能的影响蔡雨晴，胡雄风，屈盛官，张亚龙，赖福强,李小强(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510641)摘要：采用3种喷丸强度(0.326,0.401,0.438 mm)对CF53钢进行表面喷丸强化，并在油润 滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验，对比研究了喷丸前后试样的表面形貌、显微组织、显微硬度和 耐磨性能。
结果表明：喷丸强化后试样表面呈现酒窝状凹坑形貌，表面粗糙度、显微硬度和硬化影 响区深度随喷丸强度的增加而增大；3种强度喷丸强化均提高了试样的耐磨性能，喷丸后的摩擦因 数和体积磨损率均小于未喷丸试样的，喷丸强度为0.326 m m时试样的耐磨性能最佳；未喷丸试样 的磨损机理为黏着磨损和材料剪切剥落，喷丸强度为0.326,0.401 m m时的磨损机理为剥层和磨 粒磨损，喷丸强度为0.438 m m时则转变为疲劳磨损。
关键词：CF53钢；喷丸强化；滑动磨损；摩擦因数；磨粒磨损中图分类号：TG142.1 文献标志码： A 文章编号：1000-3738(2021)05-0027-07Effect of Shot Peening on Friction and Wear Properties of CF53 SteelCAI Yuqing. HU Xiongfeng, QU Shengguan, ZHANG Yalong, LAI Fuqiang. LI Xiaoqiang (School of M echanical and A utom otive Engineering, South China U niversity of Technology, Guangzhou 510641, China) Abstract ：Shot peening was conducted on surface of CF53 steel under three shot peening strengths (0.326,0.401, 0.438 m m), and then pin-on-disk friction and w ear tests were carried out under oil lubrication conditions.The surface m orphology, m icrostructure, microhardness and w ear resistance of the specimens before and after shot peening w ere studied and compared. The results show that the surface of the specimens had dimple-like pit morphology after shot peening, and the surface roughness, microhardness and depth of the hardening affected zone increased w ith the increase of the shot peening strength. Shot peening by three strengths im proved the wear resistance of the specim ens；the friction coefficients and volume w ear rates after shot peening were less than those of the unpeened specimens. T he w ear resistance of the specimen shot peened w ith 0.326 m m strength was the best.T he wear m echanism of the unpeened specimens was mainly adhesive w ear and material shearing off. A fter shot peening at strength of 0.326,0.401 m m, the wear mechanism was delam ination and abrasive w ear；at strength of0.438 m m, the w ear m echanism was fatigue wear.Key words：CF53 ste e l；shot peening；sliding w ear；friction coefficient；abrasive wear〇引言CF53钢强度高、加工工艺性好且成本低,广泛用 于制造曲轴、机床主轴、凸轮轴和滚筒等重要零部 件[1]，但其在耐磨性能方面表现出明显的不足[2]，并 且仅仅依靠热处理来提高其性能已远不能满足零件 的耐磨性要求。
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不锈钢表面强化及摩擦学性能研究
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、强韧性与易维护等特点,在航空航天、化工、冶金以及海洋等领域中应用广泛。
表面强化技术是一种应用表面工程技术对零件表面进行改性或者涂覆镀层的技术,可以对不锈钢表面进行强化,从而提高其摩擦学性能,延长其使用寿命。
金属铬(Cr)具有硬度高和耐磨减摩性能好等特点。
碳纳米管(CNT)和石墨烯(graphene)具有机械强度高和润滑性能好等特点,已成为表面强化中的典型纳米添加材料。
为了提高420不锈钢的耐磨减摩性能,本课题开发了酸化多壁碳纳米管(MWCNT)和氧化石墨烯(GOS)与六价Cr复合电镀新工艺,并利用复合电镀技术制备了Cr基碳纳米材料复合镀层,研究了它们的耐磨减摩性能。
具体内容如下:1.分别采用改进的Hummers法和CNT酸化法制备GOS和酸化MWCNT,并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱对GOS和酸化MWCNT进行形貌和结构表征。
结果表明,GOS和酸化MWCNT表面存在含氧官能团。
然后将它们分别加入到电镀溶液中,并采用超声分散的方法分别制备出含有GOS与酸化MWCNT的复合电镀溶液。
最后通过复合电镀技术将金属Cr分别与不同浓度的GOS和酸化MWCNT在不同电镀温度与电流密度条件下进行共沉积,制备出MWCNT-Cr与GOS-Cr复合镀层。
2.利用SEM对MWCNT-Cr与GOS-Cr复合镀层进行表征。
结果表明,在复合镀层表面可明显观察到酸化MWCNT或GOS,这说明金属Cr 与酸化MWCNT和GOS均实现了共沉积。
3.对复合镀层的硬度及耐磨减摩性能进行
表征,研究了电流密度、电镀温度以及碳纳米材料浓度对复合镀层的硬度与耐磨减摩性能的影响。
研究结果表明:(1)纯Cr层、MWCNT-Cr与GOS-Cr复合镀层的硬度随着电流密度与碳纳米材料浓度的提高而提高,随着电镀温度的上升而降低,且复合镀层的硬度均比纯Cr层高;(2)纯Cr层、MWCNT-Cr与GOS-Cr复合镀层的摩擦系数随着电流密度、电镀温度以及碳纳米材料浓度的上升呈现先下降后上升的变化趋势,且复合镀层的摩擦系数均比纯Cr层低;(3)纯Cr层、MWCNT-Cr与GOS-Cr复合镀层的磨损量随着电流密度与碳纳米材料浓度的提高而下降,随电镀温度的下降而降低,且复合镀层的磨损量均比纯Cr层低。
总之,Cr基碳纳米材料复合镀层的硬度比纯Cr层高,摩擦系数与磨损量比纯Cr层低,表明由于酸化MWCNT与GOS具有的高机械强度与超润滑性能,导致它们对复合镀层起到了良好的强化作用。