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中国表面工程 2022年第6期35卷 232-243,256页

作者：王权刘秀波刘庆帅王港张诗怡张林中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243002

为改进45#钢表面硬度低、耐磨性差的缺点,拓宽其在工业生产中应用范围,选择激光熔覆技术在其表面制备Ni60(N1)、Ni60-10%Cu(N2)、Ni60-20%Cu(N3)(wt.%)三种耐磨复合涂层,研究三种涂层的微观组织、显微硬度及摩擦学性能。结果表明:N1涂... 详细信息

为改进45#钢表面硬度低、耐磨性差的缺点,拓宽其在工业生产中应用范围,选择激光熔覆技术在其表面制备Ni60(N1)、Ni60-10%Cu(N2)、Ni60-20%Cu(N3)(wt.%)三种耐磨复合涂层,研究三种涂层的微观组织、显微硬度及摩擦学性能。结果表明:N1涂层主要包括γy~Ni固溶体、Cr_(7)C_(3)硬质相、FeNis金属间化合物,N2、N3涂层额外含有固体润滑相Cu。性能上N1(730.41 HVo,s)、N2(653.04 HV_(0.5))和N3(592.29 HV_(0.5))涂层的显微硬度均高于基体,分别达到基体(299.20HV_(0.5))的2.44、2.18和1.98倍;室温下N3涂层表现出优异的减摩性能,摩擦因数比N1涂层降低8.5%,N2涂层表现出优异的耐磨性能,磨损率为1.74×10^(-5)mm^(3)(N·m),而添加20%Cu后,涂层对硬质相的支撑下降,导致硬质相剥离涂层,进而破坏润滑膜,导致磨损率上升。然而在600 C下,N1涂层的减摩性能最佳,摩擦因数比基体下降50.7%,N2涂层耐磨性最高,磨损.率为5.99×10^(-5)mm^(3)(N·m),低于N3涂层的磨损率9.02×10^(-5)mm^(3)(N·m),这是因为添加固体润滑相Cu对涂层的保护作用不足以抵消涂层硬度下降的负面影响。为固体润滑相Cu改进Ni60复合粉末,进而制备成自润滑复合涂层提供了添加量参考范围。

关键词： 45#钢激光熔覆 Ni60/Cu自润滑复合涂层固体润滑

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激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层摩擦学性能的试验研究和分子动力学模拟

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摩擦学学报（中英文） 2024年第7期44卷 960-972页

作者：王志文刘秀波杨超敏周海滨张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.F... 详细信息

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层由单一的面心立方晶格(FCC)型固溶体组成.结果表明,Mn的掺杂提高了涂层的减摩性和耐磨性,摩擦系数为0.66的Mn_(0.5)涂层在各涂层中具有最优的减摩擦性能.与基材Q235钢[磨损率为12.2×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]和FeCoCrNi涂层[磨损率为4.99×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]相比,Mn_(0.5)涂层[磨损率为4.03×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]的耐磨性分别提高了66.96%和19.23%.分子动力学模拟结果表明,Mn掺杂通过摩擦诱导的FCC变到HCP(密排六方),掺杂Mn可增强应变硬化.根据位错演化模式确定,Mn_(0.5)涂层的变形机理是相变诱发塑性(TRIP),从而同时提高了涂层的塑性、强度和加工硬化率.

关键词：摩擦学特性高熵合金激光熔覆 Mn元素分子动力学模拟

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表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展

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中国表面工程 2024年第4期37卷 102-116页

作者：王志文刘秀波周安张飞志张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243002

农林机械如割草机刀片、深松铲犁铧铲尖和旋耕机松土刀片等关键运动部件在使用中,受到长期严重的磨损、腐蚀和冲击等而导致失效,阻碍其进一步发展。表面改性技术应用潜力巨大,但针对农林机械的研究进展尚缺乏系统综述。阐述农林机械使... 详细信息

农林机械如割草机刀片、深松铲犁铧铲尖和旋耕机松土刀片等关键运动部件在使用中,受到长期严重的磨损、腐蚀和冲击等而导致失效,阻碍其进一步发展。表面改性技术应用潜力巨大,但针对农林机械的研究进展尚缺乏系统综述。阐述农林机械使用工况及其关键运动部件在服役过程中的失效原因,重点概述四种表面技术(热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆)的优缺点及其在农林机械上的应用示例,提炼出针对不同工况表面技术的选择依据。通过对四种表面技术的特点和适用场合的归纳总结,激光熔覆作为一种新型的金属表面功能涂层制造技术,具有较高效率、高强度冶金结合和较高性价比,在提高农林机械关键运动部件耐磨性能上的应用具有较大前景。综述相关研究现状指出现有研究的不足及未来研究的展开方向,可为表面技术提高农林机械关键运动部件耐磨性提供全面理论依据。

关键词：表面技术农林机械摩擦学性能研究进展

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高熵陶瓷材料的研究进展

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材料导报 2022年第6期36卷 57-64页

作者：谢鸿翔项厚政马瑞奇陈雨雪刘国忠姚思远冒爱琴安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243002

高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics,HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。本文介绍了... 详细信息

高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics,HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。本文介绍了国内外高熵陶瓷材料,如高熵碳化物、高熵氮化物、高熵氧化物、高熵硼化物、高熵硅化物和高熵硫化物的发展状况,总结了高熵陶瓷制备、结构性能与应用的研究工作,并对高熵陶瓷的发展方向和前景进行了分析和展望。

关键词：高熵陶瓷制备方法性能应用

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IN718激光熔覆Co-WC/Cu复合涂层组织与摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第6期44卷 741-751页

作者：陈国栋刘秀波刘庆帅周安张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

为提高IN718高温合金运动部件在极端环境中的服役寿命,采用激光熔覆在其表面制备了Co (S1)、Co-5%WC-5%Cu (S2)和Co-5%WC-15%Cu (S3)(质量分数)这3种耐磨减摩复合涂层,系统分析了复合涂层的显微硬度以及室温(RT)和600℃环境中的摩擦学性... 详细信息

为提高IN718高温合金运动部件在极端环境中的服役寿命,采用激光熔覆在其表面制备了Co (S1)、Co-5%WC-5%Cu (S2)和Co-5%WC-15%Cu (S3)(质量分数)这3种耐磨减摩复合涂层,系统分析了复合涂层的显微硬度以及室温(RT)和600℃环境中的摩擦学性能.结果表明:溶解的WC重新凝固析出碳化物,起到第二相强化的作用,未溶解的WC边缘析出针状物与Co基基体稳固结合.在室温下Cu可以充当固体润滑剂(Cu膜),在600℃下由CuO氧化膜以及Cu膜起减摩作用. 3种涂层的显微硬度均是基体(268.89HV0.5)的1.7倍以上,分别是478.69HV0.5、481.73HV0.5和458.51HV0.5.摩擦学性能明显优于基体,其中S2涂层在室温和600℃环境下均拥有优异的耐磨性,分别提高84.4%和64.9%,减摩效果最好的是S2涂层(RT)和S3涂层(600℃),分别提高26.9%和26.7%.室温下3种复合涂层的磨损行为由氧化和疲劳磨损主导,600℃时由氧化和黏着磨损主导.

关键词： IN718合金复合涂层激光熔覆摩擦学性能高温

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Inconel 718合金激光熔覆Stellite3/Ti_(3)SiC_(2)复合涂层摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2023年第6期43卷 606-615页

作者：贺泊铭刘秀波张诗怡祝杨张林中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

为了探究高温下Inconel 718合金的摩擦学性能,使用激光熔覆制备了三种不同粉末质量配比的复合涂层:Stellite3-5%Ti_(3)SiC_(2)(C1)、Stellite3-10%Ti_(3)SiC_(2)(C2)和Stellite3-15%Ti_(3)SiC_(2)(C3)(均为质量分数),并通过物相分析、组织形貌和显微硬度分析,探究其在室温和600℃条件下的摩擦学行为.结果表明,涂层中主要含有γ-Co、(Fe,Ni)固溶体,金属间化合物Cr_(2)Ni_(3)以及碳化物WCx、TiC和Cr_(7)C_(3),由于硬质相碳化物的存在,涂层的显微硬度提高到基体(262.7 HV_(0.5))的1.6~2.5倍,分别为662.74 HV_(0.5)、521.47 HV_(0.5)和419.44 HV_(0.5),并且摩擦学性能也有所改善,其中室温下效果最好的为C1涂层,摩擦系数降低了20.52%,耐磨性提高了85.45%;600℃下性能最好的为C2涂层,耐磨性提高了79.53%.室温时基体、C1及C2涂层出现塑性变形和磨粒磨损,C3涂层由于硬度较低出现黏着磨损.600℃下各样品均发生氧化磨损,其中氧化、黏着磨损和严重塑性变形为基体的磨损机理,三种涂层由于加入了Ti_(3)SiC_(2)导致磨损减轻,除氧化外主要为磨粒磨损.

关键词： Inconel 718合金 Ti_(3)SiC_(2) 激光熔覆摩擦学性能复合涂层

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激光熔覆FeCoCrNiCu_(x)高熵合金涂层的显微组织和摩擦性能

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中国有色金属学报 2023年第5期33卷 1514-1530页

作者：杨超敏刘秀波刘一帆朱正兴孟元张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243002

利用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiCu_(x)(x=0,0.5,1)高熵合金涂层,系统地分析了不同Cu含量涂层的微观组织、摩擦性能与磨损机制。结果表明:制备的FeCoCrNiCu_(x)高熵合金均为单一FCC相固溶体,并存在Cr、Ni(x=0)和Cu(x=0.5,1)偏析。室温下... 详细信息

利用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiCu_(x)(x=0,0.5,1)高熵合金涂层,系统地分析了不同Cu含量涂层的微观组织、摩擦性能与磨损机制。结果表明:制备的FeCoCrNiCu_(x)高熵合金均为单一FCC相固溶体,并存在Cr、Ni(x=0)和Cu(x=0.5,1)偏析。室温下,三种涂层的摩擦因数均略高于基材的;FeCoCrNiCu涂层的加工硬化作用和延展性的提升使得其磨损率相较基材有显著下降。600℃下,FeCoCrNiCu_(0.5)和FeCoCrNiCu涂层的摩擦性能均有显著提升;FeCoCrNiCu_(0.5)涂层形成了平整致密的氧化层使得涂层磨损率仅为1.29×10^(-4)mm~3/N·m;FeCoCrNiCu涂层形成了由硬质氧化物和高韧性合金构成的机械混合层,使得涂层表现出较好的减摩耐磨性能,其摩擦因数仅为0.24。

关键词：高熵合金涂层激光熔覆摩擦学性能组织演变

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等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_(2)O_(3)涂层的制备及高温摩擦磨损性能研究

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稀有金属 2021年第7期45卷 836-847页

作者：黄文薛召露刘侠倪振航吴朝军张世宏安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽马钢表面技术股份有限公司安徽马鞍山243000 中国航天材料与工艺研究所北京100076

高温炉辊作为连续退火机组的关键部件在服役过程中常发生严重的摩擦磨损,进而影响钢板的表面质量。本文采用大气等离子喷涂(atmospheric plasma spray,APS)技术制备CoCrAlTaY-20Al_(2)O_(3)(%,质量分数)涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层... 详细信息

高温炉辊作为连续退火机组的关键部件在服役过程中常发生严重的摩擦磨损,进而影响钢板的表面质量。本文采用大气等离子喷涂(atmospheric plasma spray,APS)技术制备CoCrAlTaY-20Al_(2)O_(3)(%,质量分数)涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观组织结构、相组成和力学性能的影响,并研究了涂层在700℃下的摩擦磨损性能。结果表明:CoCrAlTaY-Al_(2)O_(3)涂层的成分较均匀、孔隙率较低,涂层主要是由Al_(5)Co_(2)相、Cr金属相以及α-Al_(2)O_(3),γ-Al_(2)O_(3),θ-Al_(2)O_(3)相组成,并且喷涂功率和喷涂距离的改变对CoCrAlTaY-Al_(2)O_(3)涂层的物相组成无明显影响。随着喷涂功率和喷涂距离的增大,涂层的孔隙率均为先减小后增大。制备CoCrAlTaY-Al_(2)O_(3)涂层的最优喷涂功率和喷涂距离是37 kW和100 mm,此时涂层更为致密,孔隙率为4.89%±0.87%,维氏硬度与结合强度分别为HV0.3(512.5±28.0)和(51.7±6.3)MPa,弹性模量为(186.36±3.14)GPa。此外,涂层在700℃下摩擦磨损1 h后,磨损率为1.43×10^(-5)mm_(3)·N^(-1)·m^(-1),主要磨损机制表现为粘着磨损和氧化磨损。

关键词：大气等离子喷涂 CoCrAlTaY-Al_(2)O_(3)涂层力学性能摩擦磨损性能

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304不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

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摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 551-561页

作者：周安刘秀波王权孟元张世宏中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

采用分子动力学模拟方法研究了压入深度与滑动速度对304不锈钢磨损量、摩擦系数、位错演变及剪切应变的影响.结果表明:在较大的压入深度下平均摩擦系数及位错长度明显较高,导致了更严重的塑性变形;在相同的压入深度下较高滑动速度的摩... 详细信息

采用分子动力学模拟方法研究了压入深度与滑动速度对304不锈钢磨损量、摩擦系数、位错演变及剪切应变的影响.结果表明:在较大的压入深度下平均摩擦系数及位错长度明显较高,导致了更严重的塑性变形;在相同的压入深度下较高滑动速度的摩擦力明显升高而位错长度降低,这是由于高速下不锈钢内部位错形核缺乏持续驱动力,从而减轻了不锈钢的变形.此外滑动摩擦过程中产生的摩擦热促进了内应力的释放,导致离散结构位错、多节点位错及位错锁(环)的形成,从而阻碍位错进一步传播并提高不锈钢抗变形能力.本工作中所计算磨损原子数量几乎与滑动距离呈线性正比,符合经典Archard定律.

关键词： 304不锈钢分子动力学模拟滑动摩擦学行为纳米划痕

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HiPIMS技术低温沉积CrN薄膜结构及性能研究

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表面技术 2020年第12期49卷 199-208页

作者：贵宾华周晖郑军杨拉毛草张延帅汪科良兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002

目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、... 详细信息

目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米硬度测试仪及球盘摩擦试验仪表征了Cr N薄膜的组织结构、微观形貌、摩擦学性能。结果相对于传统的直流磁控溅射技术(DCMS),Hi PIMS具备高溅射材料离化率,偏压作用下产生的荷能离子对成膜表面的持续轰击作用,有效提升了低温沉积条件下成膜粒子的表面迁移能,显著抑制了贯穿柱状晶的连续生长,达到了细化晶粒,改善薄膜致密性的目的。BPH模式下沉积的薄膜表面光滑致密,表面粗糙度可达4.6 nm。细晶强化作用及薄膜致密性提升使得BPH模式下制备的Cr N薄膜硬度最高,可达(15.6±0.8)GPa。此外,BPH模式下沉积的CrN薄膜具备最为优异的摩擦学性能,摩擦系数低(~0.3)且运行平稳,并且在高速及重载作用下,仍能表现出优异的摩擦磨损性能。结论HiPIMS技术中的双极脉冲放电模式可显著提升沉积粒子表面迁移能,提升Cr N薄膜沉积反应动力学过程,实现低温条件下性能优异的Cr N薄膜的可控制备。

关键词： HiPIMS 磁控溅射可调控脉冲放电模式双极脉冲放电模式基体偏压沉积温度组织结构

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