电弧离子镀氮化钛铝铬涂层的900℃氧化

氮化物金属陶瓷涂层由于具有高的硬度和化学稳定性，成为近年来防护涂层的研究热点。利用脉冲偏压电弧离子镀技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了（Ti0．5Al0．5）N、（Ti0．45Al0．45Cr0．1）N和（Ti0．35Al0．35Cr0．3）N亚稳金属陶瓷涂层，研究了涂层的组织、结构和900℃下的氧化行为。3种涂层均为B1NaCl结构，（220）为主要的织构取向。在900℃静态空气中（Ti0．5Al0．5）N氧化严重，添加Cr的涂层表现出优异的抗氧化性。     

施加氮化钛铝涂层对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在马氏体热强不锈钢1Cr11Ni2W2MoV样品表面沉积了氮化钛铝涂层，研究了涂层对不锈钢的高温拉伸强度、持久断裂时间以及常温旋转弯曲疲劳寿命的影响。Ti0.7Al0.3N涂层的施加对高温拉伸强度影响不大，高温持久实验表明，Ti0．7Al0．3N涂层显著延长了材料的持久断裂时间；Ti0.7Al0.3N和Ti0．5Al0．5N涂层均使试样的疲劳寿命提高约20％左右；高温持久时间和常温旋转弯曲疲劳寿命的提高与涂层制备过程中高脉冲偏压轰击下不锈钢表面形成的一层结构均匀、组织致密的表面强化层的，以及涂层中的压应力的存在。     

电弧离子镀梯度（Ti，Al）N涂层的结构与机械性能研究

采用电弧离子镀（AIP）技术，在航空发动机压气机用1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上沉积了TiN涂层、（Ti，Al）N涂层和梯度（Ti，Al）N涂层。运用带能谱的扫描电镜（SEM／EDAX）、电子探针（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度仪、多功能摩擦磨损实验机等仪器和热震实验对上述涂层的结构、机械性能和基体与涂层的结合性能进行了研究。结果表明，梯度涂层的Al含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增多，内层Al含量为3％（原子分数），外层Al含量为47％（原子分数）；梯度涂层具有Bl型（NaCl）单相结构和（220）择优取向；梯度涂层的硬度和耐磨与（Ti，Al）N涂层相近，且明显高于TiN涂层，结合性能优于（Ti，Al）N涂层。     

0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

Ti0.7Al0.3N涂层的抗NaCl和水蒸气腐蚀行为

用电弧离子镀方法在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面制备Ti0.7Al0.3N涂层,研究了涂层在450℃空气中恒温氧化行为和在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀行为.结果表明:Ti0.7Al0.3N涂层在空气中均具有优良的抗氧化能力,而不锈钢在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀严重,施加Ti0.7Al0.3N涂层显著地提高了不锈钢基体的抗腐蚀性能.1Cr11Ni2W2MoV不锈钢由于生成内层富Cr,外层富Fe的疏松氧化物,其在固态NaCl和水蒸气综合作用下发生严重的腐蚀,而Ti0.7Al0.3N涂层生成致密的Al2O3和TiO2的混合物,使其具有良好的抗氧化和腐蚀性能.     

中间层类型对类金刚石涂层键合结构和性能的影响行为

采用阴极电弧离子镀和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)相结合的技术方法,在304不锈钢基体上分别沉积制备了Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层。选用原子力显微镜、拉曼光谱对涂层的形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析了涂层的显微硬度和界面结合性能,并研究了其摩擦磨损行为。研究结果表明:Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层体系具有较高硬度(~2130HV)的同时结合性能最优(结合力~53.7 N),抗磨损能力最强。在相同试验条件下,无涂层的基体摩擦系数为0.45,单层DLC、Ti/DLC和Ti/Ti N/Ti Al N/DLC涂层的摩擦系数则分别为0.15、0.12和0.07。Ti/Ti N/Ti Al N/DLC复合涂层可有效提高304不锈钢的耐磨损性能,降低摩擦系数。     

涂层结构对Ti-Al-N涂层氧化行为的影响

采用多弧离子镀技术及TiA合金靶,在SKH51高速钢基体上沉积了Ti1-xAlxN单层构型涂层和TN/Ti1_xAlxN复合多层构型涂层,分析其高温氧化行为.用扫描电镜、X射线衍射、电子探针等手段表征了涂层氧化后的组织结构和元素分布.试验发现,基体Fe元素扩散到涂层表面意味着SKH51涂层试样剧烈氧化阶段的开始.当涂层的构型相同时,涂层的抗氧化性能随着涂层中铝含量增加而单调增加.但对于TiN/Ti0.33Al0.67N复合多层构型涂层,其抗氧化性则比Ti0.33Al0.67N单层构型涂层差,高于铝含量基本相同的Ti0.67A0.33N单层构型涂层.空气中800℃恒温退火,TiN/Ti0.33 Al0.67N涂层出现严重氧化的时间是43h,Ti0.33Al0.67N、Ti0.67Al0.33N涂层分别为53 h和11h.因此,Ti-Al-N涂层的抗氧化性不仅同涂层中铝含量有关,涂层构型也起着重要用.     

合金元素在MCrAlY涂层中的行为

采用电弧离子镀在新型r-Ni3Al基高温合金IC－6上沉积Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Al-Y涂层,研究了元素对MCrALY涂层性能及元素行为的影响,结果表明,在沉积过程中,合金中的Al和Mo元素抑制了Cr从涂层向基体扩散,使涂层中的Cr维持在较高浓度,真空扩散处理时,涂层和基体之间发生互扩散,使涂层－基体元素浓度呈梯度分布,减小了涂层和基体热膨胀系数的差别,同时涂层的相结构也发生变化,r-Ni3Al和r-Ni仍是涂层的主要相,但是由于Cr原子的取代作用致使晶格常数a0发生变化,等温氧化实验表明,Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Y涂层氧化规律遵循抛物线规律,900℃静态空气等温氧化时,Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co对其抗氧化性能的影响不大,1000℃静态空气等温氧化时,Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co后,降低了其抗氧化性。     

304不锈钢激光熔覆Co-Ti3SiC2自润滑复合涂层微观组织与摩擦学性能

采用激光熔覆同步送粉法在304不锈钢上制备出自润滑耐磨涂层,熔覆粉末配比为纯Co,Co-2％Ti3 SiC2(质量分数,下同)和Co-8％Ti3 SiC2.借助扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对熔覆涂层进行表征,系统地研究304不锈钢与涂层在室温和600℃下的摩擦学性能与磨损机理.结果表明:激光熔覆Co-Ti3 SiC2涂层的平均显微硬度高于基体(240.3HV0.5),N1,N2和N3涂层的硬度分别为285.7HV0.5,356.3HV0.5和463.8HV0.5,涂层主要由连续基体γ-Co固溶体,硬质相Fe2 C,Cr7 C3和TiC,润滑相Ti3 SiC2组成.在室温下,基体和N1,N2,N3涂层的摩擦因数分别为0.56,0.62,0.68和0.42,N1,N2,N3三种涂层的磨损率分别为9.15×10-5,7.81×10-5,4.66×10-5 mm3/(N·m),均明显低于基体(66.42×10-5 mm3/(N·m));在高温下,基体和N1,N2,N3涂层的摩擦因数为0.66,0.54,0.52和0.46,N1,N2,N3三种涂层磨损率分别为37.79×10-5,35.6×10-5,18.83×10-5 mm3/(N·m),均低于基体(41.3×10-5 mm3/(N·m)).在室温和600℃下,涂层具有高于304不锈钢基体的显微硬度,且Co-8％Ti3 SiC2涂层呈现出最好的自润滑耐磨性能.     

激光熔覆Ni3Al基复合涂层的氧化行为

对比研究了900℃时45号钢,1Cr18Ni9Ti不锈钢和激光熔覆Ni3Al基复合涂层在空气环境下的氧化动力学曲线;采用扫描电镜,X射线衍射技术分析了氧化前后涂层及界面处的微观组织结构。结果表明,激光熔覆层的氧化抗力接近于1Cr18Ni9Ti不锈钢但明显高于45号钢;长时间氧化后涂层组织结构只发生微少的变化,但界面处氧化较严重;激光熔覆层中的氧化产物主要是Al2O3,然后是NiO。     

激光熔覆TiC/Al_3Ti复合材料涂层的高温氧化行为研究

采用激光熔覆技术在铝合金表面制备了TiC颗粒增强Al3Ti金属间化合物复合材料涂层,研究了涂层在600℃和900℃时的高温氧化性能。结果表明,涂层由树枝晶Al3Ti,枝晶间组织α-Al和均匀分布的TiC颗粒组成。循环氧化70h后,涂层在600℃时没有明显的氧化增重,氧化产物是一层薄的Al2O3。900℃时涂层的氧化增重明显,且随着涂层中TiC含量的增加抗氧化性能降低,氧化产物是一层连续而致密的富Al2O3和MgO的混合物。氧化层在氧化过程中没有出现开裂和脱落现象,表现出较强的抗循环氧化性能。     

Al含量对TiAlN涂层组织结构和性能的影响

采用电弧离子镀技术在M35高速钢基体表面沉积三种Al含量的TiAlN涂层(Ti、Al的原子比为1∶2、1∶1.5、1∶1)。采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、X射线衍射仪(XRD)、三维表面轮廓仪、多功能材料表面性能试验仪以及高温氧化试验对涂层显微结构及性能进行分析表征。结果表明:在同一工艺条件下,随着Al含量增加,TiAlN涂层的粗糙度增大,涂层表面质量下降,抗氧化性能降低,在800 ℃下氧化后表面形成TiO₂和Al₂O₃。在三种不同Al含量的TiAlN涂层中,Ti0.5Al0.5N涂层的综合力学性能最好,在800 ℃下,10 h内具有最为优异的抗氧化性能。     

Al含量对Ti1-XAlXN涂层组织结构的影响

通过不同Al含量的Ti—Al粉末冶金靶．采用多弧离子镀技术制备了Ti1-xAlxN涂层。用SEM、XRD、GAXRD以及XTEM等手段研究了Al元素对涂层组织结构的影响。研究表明，TiAlN涂层呈柱状多晶组织，(Ti，Al)N为涂层的主要组成相；随着Al含量的增加。涂层中的(Ti，Al)N相减少，且其晶格常数降低。     

炮钢表面多弧离子镀两种Ti_xAl_(1-x)N薄膜的高温氧化性能

用多弧离子镀技术在炮钢表面沉积两种TixAl1-xN薄膜,薄膜在空气中850℃恒温氧化10h,采用XRD、SEM和EDS对薄膜微观结构进行分析,检测其恒温抗氧化性能。结果表明,Ti0.5Al0.5N薄膜的抗高温氧化性能明显优于Ti0.7Al0.3N薄膜。Ti0.7Al0.3N薄膜由于基体Fe元素扩散至薄膜表面,使其表面形成Fe2O3和Fe3O4氧化物,导致薄膜过早失效;而Ti0.5Al0.5N薄膜的表面形成致密且粘附性好的Al2O3和TiO2混合氧化物,表现出优良的抗高温氧化性,同时基体元素和薄膜元素的适度扩散能提高薄膜与基体的结合力。     

TC4合金表面Y改性铝化物涂层的组织及高温氧化性能北大核心CSCD

为提高TC4合金的抗高温氧化性能。采用在900,940和980℃扩散渗2 h的方法在TC4合金表面制备了Y改性的铝化物渗层,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪及能谱仪分析了渗层的结构及相组成,研究了渗层在1000℃时的抗氧化性能,讨论了其氧化机制。结果表明:不同温度所制备的渗层主要组成相均为Al3Ti,此外在900℃制备渗层中含有少量的Al23V6,在940,980℃制备渗层中分别检测到了Al2Ti3及Al2Ti相;渗剂中添加Y能够降低涂层的内应力,抑制渗层中裂纹的产生。940℃共渗2 h制备的Y改性Al化物渗层在1000℃氧化50 h后表面形成了致密的Al2O3氧化膜,显著的提高了TC4合金的抗高温氧化性能。     

Ti-2Al-2.5Zr合金在300℃碱性水中氧化的表面分析

利用原位 AES深度分析 ,XRD,和 XPS方法研究了 Ti- 2 Al- 2 .5 Zr合金在 30 0℃碱性水中氧化 130 0 0 h所形成的氧化膜的结构、成分和价态 ,及其随深度的变化。结果表明 ,氧化膜是由板钛型 Ti O2 、Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5,Ti2 O3和 Ti O所组成 ,氧化膜由表面到基体基本是按以上顺序交迭构成。通过 XPS和原位 AES分析发现钛合金表面形成由 Ti O2 ,Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5组成的较为稳定的厚约 80 0 nm的 Ti4 + (Ti O2 )层 ,随深度的增加出现了 Ti3+ (Ti3O5,Ti2 O3)和 Ti2 + (Ti O) ,直至基体 ,氧化膜总厚度约 30 0 0 nm。     

铌硅化物基超高温合金Si-Y2O3共渗涂层的组织及其高温抗氧化性能

采用Si-Y₂O₃包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备Y改性的硅化物涂层, 研究其在1250℃的恒温氧化性能. 采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射(XRD)分析Si-Y₂O₃共渗涂层氧化前后的物相组成和组织变化. 结果表明：涂层具有明显分层的结构, 由外至内依次为(Nb,X)Si₂(X表示Ti, Hf和Cr)外层和(Nb,X)₅Si₃过渡层, 在过渡层与基体之间有不连续分布的细小(Cr,Al)₂(Nb,Ti)块状沉淀. EDS分析表明, 涂层中的Y分布是不均匀的, (Cr,Al)₂(Nb,Ti)相的Y含量为0.94at%左右, 而(Nb,X)Si₂和(Nb,X)₅Si₃相的Y含量为0.46at%～0.57at%. 经1250℃分别氧化5, 10, 20, 50和100h后, Si-Y₂O₃共渗涂层保持其原始的相组成, 并在其表面形成以TiO₂、 SiO₂和Cr₂O₃组成的致密混合氧化膜, 且与基体结合良好.     

Al含量对(Ti,Al)N涂层结构性能的影响

(Ti，A1)N是20世纪80年代末期在TiN基础上发展起来的一种新型多元涂层材料。由于加入Al元素，(Ti，Al)N不但硬度、耐磨性优于TiN，而且大大改善了涂层的抗高温氧化性能。综述了Al元素在(Ti，Al)N涂层中的作用机理，以及Al含量对(Ti，Al)N涂层的晶体结构、抗高温氧化、硬度和耐磨性的影响。指出当Ti和Al的比例近似为1：1时，(Ti，Al)N涂层将获得优越的综合使用性能。     

Ti-60钛合金电弧离子镀Ti-Al-(Cr)防护涂层的循环氧化行为

研究了Ti-60钛合金及Ti-48Al和Ti-48Al-12Cr(原子数分数,%)两种涂层在800℃的循环氧化行为.实验发现Ti-60钛合金基体在800℃氧化严重,氧化层发生了明显剥落.而两种涂层在800℃均能有效地保护Ti-60钛合金基体.在循环氧化过程中Ti-48Al-12Cr涂层增重明显小于Ti-48Al涂层,表现出更好的抗循环氧化能力.     

反应溅射（Al，Ti）（0，N）涂层的微结构与力学性能

采用Al—Ti镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列（Al，Ti）（O，N）涂层。并采用EDS、XRD、TEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能。结果表明，随氧分压的提高，涂层中氧含量逐步增加，氮含量相应减少，（Al＋Ti）：（O＋N）的化学计量比仍约为1：1，涂层保持与（Al，Ti）N涂层相同的NaCl结构。低氧含量时薄膜在（111）方向上择优生长，随着氧含量的提高，涂层生长的择优取向发生改变，高氧含量薄膜样品呈现强烈（200）织构的柱状晶。与此同时，（Al，Ti）（O，N）涂层的硬度和弹性模量也仍保持在与（Al，Ti）N涂层相当的35GPa和370～420GPa的高值。由于涂层中形成了相当含量的氧化物，这类涂层的抗氧化能力有望得到提高。