高铌γ-TiAl合金表面微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性及高温氧化行为

利用微弧氧化技术（MAO）在硅酸钠和氢氧化钾溶液中对高铌γ-TiAl合金表面原位生长陶瓷涂层以提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学工作站和箱式电阻炉高温氧化测试分析涂层的表面及截面形貌、相组成、元素化学结合状态、耐蚀性和高温氧化行为。XRD和XPS结果表明,陶瓷涂层主要由Al₂TiO₅、SiO₂和Nb₂O₅组成。涂层与基体界面结合良好,厚度约2.15 μm。高铌γ-TiAl合金经微弧氧化处理后,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流降低近1个数量级。微弧氧化处理试样在800~900 ℃中的氧化增重仅为基体的8.9%~37.5%。微弧氧化陶瓷涂层将基体的氧化激活能从247.79 kJ/mol增加到涂层试样的574.41 kJ/mol。     

硅对高硅奥氏体不锈钢析出相的影响

采用XRD、TEM和压痕变形等方法研究了Si含量（4%~8%,质量分数）对高硅奥氏体不锈钢（ZeCorn）显微组织的影响。结果表明,Si含量的增加会导致ZeCor合金的相组成发生变化：ZeCor-4%Si合金组织为单相奥氏体（γ相）,ZeCor-6%Si合金主要含γ相和少量σ相,在ZeCor-8%Si合金中主要析出Cr₃Ni₅Si₂相和少量σ相。此外,Cr₃Ni₅Si₂与σ相相比具有更高的硅、镍含量。显微硬度HV高达7840 MPa的Cr₃Ni₅Si₂相是典型的硬脆相,该相的析出将大大提高ZeCor-8%Si合金中γ基体的显微硬度。ZeCor合金中γ基体的强化机制如下：固溶强化是ZeCor-6%Si合金的主要强化机制,而Si的固溶强化和Cr₃Ni₅Si₂的析出强化机制都大大提高ZeCor-8%Si合金中的γ基体的显微硬度。在ZeCor-8%Si合金中,Cr₃Ni₅Si₂相起显著作用。     

钛合金氧碳共渗层性能

将经磨平、抛光、超声波乙醇清洗、吹干的Ti6Al4V合金样品放入专用设备中进行氧碳共渗。分别采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、HV硬度仪、万能材料试验机对渗层的物相、显微组织形貌、成分、硬度、摩擦磨损、力学性能进行分析。XRD结果表明,渗层中出现TiC和TiO_x相。氧碳共渗改变了原Ti6Al4V合金的组织,渗层的显微组织明显区别于Ti6Al4V的渗碳、渗氧以及在CO₂气氛下处理的组织。EDS结果表明,C、O元素含量呈现梯度变化。相比基体硬度,渗层表面硬度提高了3.8倍,渗层硬度呈梯度变化。氧碳共渗改变了原始样的粘着磨损和摩擦状态,渗层样表面只有轻微的摩擦痕迹、无磨损。氧碳共渗后磨损量是原始样的3.5%,摩擦系数约为原始样的30%。渗层样在拉断过程中,外表面有一定的剥落,表面布满裂纹,样品的强度略有下降,断面延伸率和断面收缩率与原始样相当。Ti6Al4V合金经过氧碳共渗后,提高了表面硬度,降低了磨损率和摩擦系数,基本保持了基体的力学性能。     

氧化铝含量对Ni-P化学复合镀层摩擦学性能的影响

采用化学镀技术制备了不同氧化铝含量的Ni-P复合镀层,并用球盘式磨损试验机测试了镀层的摩擦磨损性能。利用扫描电镜、光学显微镜和X射线衍射仪对镀层和对偶球的表面形貌、成分及微观结构进行了表征,分析了镀层的磨损机理。结果表明：镀层中氧化铝质量分数最高可达34.7%,但镀层磷含量显著降低,Ni-P合金基体为无定形结构;镀层的摩擦因数(约为0.49～0.58)高于Ni-P合金,且随着氧化铝含量的增加先降低后增加,镀层的维氏硬度从502上升至764,磨损率从1.2×10_-14 m₃/(Nm)单调下降至3.2×10_-15 m₃/(Nm),镀层的主要磨损机理由粘着磨损逐步转变为磨粒磨损。     

基于内聚力模型的 γ-TiAl合金中 γ/γ 界面裂纹扩展的多尺度模型

通过建立多尺度模型预测γ-TiAl合金中裂纹的扩展行为。利用分子动力学（MD）建立了真孪晶（TT）γ/γ界面模型,得到了界面内聚力区域（CZM）的本构参数;采用Voronoi方法生成了多晶γ-TiAl合金介观模型,将CZM本构参数耦合到该模型中,得到了对应的不含缺陷、含钝裂纹和钝裂纹+中心空洞缺陷的临界应力断裂云图,利用几何相似性平均了多晶模型和整体裂纹拉伸关系曲线并分析了γ-TiAl合金的损伤机理;根据连续介质假说建立了宏观有限元模型（FEM）,通过对紧凑拉伸试样模拟给出了力-位移曲线并得到了材料的断裂韧性。最后,将宏观有限元模拟得到的裂纹扩展行为与实验结果进行比较,验证了该模型的有效性。结果表明：在晶粒数比例相同的情况下,缺陷对整个近γ结构的强度有着显著的敏感性,同时该多尺度方法可以有效地连接不同尺度并预测裂纹的扩展。     

耐腐蚀性能和拉伸性能提升的 α 型钛合金设计

通过2个电子参数（结合次数Bo_t和d轨道能级Md_t）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_t值（3.847）以及不同的Md_t值（2.430,2.426,2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σ_UTS）、断裂应变（?_f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_UTS和?_f值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_UTS和?_f值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_UTS和?_f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_UTS、?_f和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。     

γ-TiAl辉光等离子无氢渗碳后的组织及性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术（DGPSAT）对γ-TiAl金属间化合物进行等离子表面无氢渗碳处理，用OM、EDS和XRD分析了渗碳层的显微组织、化学成分及其相组成，测试了其表面显微硬度和耐磨性。结果表明，γ-TiAl经双层辉光等离子渗碳后，其表面形成以XTisC5，TiC，TiAl和C等相组成的合金层，有效厚度约为15μm；渗层与基体结合牢固；渗层成分由袁及里呈梯度分布；摩擦磨损性能也得到了提高。     

TiAl合金与GH3039摩擦焊接界面组织

使用GH3039合金作为γ-TiAl与碳钢摩擦焊接的过渡第三体,采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了TiAl/GH3039摩擦焊接接头的界面结构。结果表明,γ-TiAl和GH3039摩擦焊接接头的最大抗拉伸强度能达到400 MPa以上。GH3039一侧热力影响区的塑性变形大于TiAl一侧,并且在两侧均发生动态再结晶。接近GH3039母材相层中的Ni含量几乎不变,接近TiAl母材相层中的Ti含量也几乎不变。在GH3039侧面附近的焊接区中,富Ni和富Cr晶粒的分布是互补的。Ti和Al容易溶于富Ni的晶粒中,而Mn容易溶于富Cr的晶粒中。在结合区中形成的大量富Cr晶粒是体心立方结构的α-Cr。γ-TiAl和GH3039摩擦焊接的典型界面结构为：γ-TiAl+α₂-Ti₃Al/α₂+τ₃/τ₃-Al_1+x-yTi_1+yNi_1-x/τ₃+α-Cr/(Ni, Cr)_ss/GH3039。     

双峰结构Mo-Si-B基体表面多层硅化物涂层的表征和抗氧化性能

由于在细晶Mo-Si-B合金中制备双峰分布的α-Mo晶粒能够在不显著降低合金强度的前提下大幅提高其断裂韧性,为了加强双峰结构合金的表面防护,同时保持其优异的力学性能,通过包埋渗在合金表面上制备了一个具有多层结构（MoSi₂,Mo₅Si₃和Mo₅SiB₂/MoB）的涂层。研究结果表明,相比在细晶结构基体上制备的涂层,双峰结构基体上的涂层表面较为粗糙,并且也表现出双峰分布的微观组织。此外,覆盖涂层后的双峰结构合金的断裂韧性依然良好,并且分布在涂层中的La₂O₃颗粒能够增韧涂层。具有涂层的双峰结构合金在1100~1300 ℃下展现出了卓越的抗氧化性,这是由于氧化过程中在涂层表面快速形成了一个薄且能自愈合的SiO₂-B₂O₃膜。随着氧化温度升高,SiO₂-B₂O₃膜的粘度降低,使得SiO₂-B₂O₃膜的厚度和氧化产物Mo₅Si₃均增加。并且,升高温度促进了Si和B的互扩散,加速了Mo₅Si₃和Mo₅SiB₂/MoB层的增长。在1300 ℃下,由于单峰结构的MoSi₂涂层拥有更多的晶界,使得含涂层的细晶合金相比含涂层的双峰结构合金表现出更多的氧化增重。     

Er含量对ZL201A铝合金组织和力学性能的影响

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪分析和力学测试,研究了添加Er对ZL201A铝合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Er的加入使α-Al基体从柱状晶粒转化为细小的等轴晶粒,同时θ相（Al₂Cu）从细小的网络结构转变为弥散细小颗粒结构。当Er含量达到0.4%（质量分数）时,晶粒细化效应达到最大,合金的力学性能最佳;α-Al的平均晶粒尺寸为19 μm;抗拉伸强度和伸长率分别为298.14 MPa和6.56%;断裂模式从脆性断裂转变为韧性-脆性断裂,有利于铝合金的实际应用。当Er含量超过0.4%（质量分数）时,合金的晶粒尺寸增大,力学性能下降。     

集束电极电火花合成沉积TiN涂层组织及耐磨性能

为满足提高铜合金表面耐磨性能的需求，提出了一种利用集束钛电极在QAl9-4铝青铜旋转工件表面电火花合成沉积TiN涂层的新方法，并进行了试验研究。结果表明：在铜合金表面制备出了均匀连续的TiN涂层；涂层表面由细化了的晶粒结构构成，组织致密；电极丝对涂层表面有较强的磨削涂覆作用，显著降低了涂层表面粗糙度值；涂层主要由TiN硬质相构成，厚度为85 μm左右，显微硬度可达890 HV_0.05，约为基体（185 HV_0.05）的4.8倍；涂层与基体间具有合金化冶金结合的过渡层；涂层表面摩擦因数为0.125~0.2，远小于基体（0.23~0.35）且波动性较小，磨损率约为基体的49.6%，具有更好的减摩耐磨特性。     

γ-TiAl合金表面Al2O3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能研究

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al₂O₃/Al复合涂层。在850 °C下、 100 wt.% Na₂SO₄熔盐中观测Al₂O₃/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al₂O₃/Al复合涂层具备由Al₂O₃表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al₂O₃,TiO₂和TiAl₃。致密的Al₂O₃/Al复合涂层有效地抑制了O_2-,S_-和Na₊对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al₂O₃/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。     

H13钢表面TiC/Co基激光修复层的显微组织与力学性能

采用激光熔覆技术在H13热作模具钢表面分别制备了Co50合金涂层和TiC/Co基复合涂层.借助XRD,SEM与显微硬度计对比分析了涂层与基材的结合状态、涂层物相组成、截面组织形貌和显微硬度分布.结果表明,Co50合金涂层和TiC/Co基复合涂层均与H13钢基材呈良好冶金结合特征.Co50合金涂层主要由初生γ-Co枝晶及其间的共晶组织组成,而TiC/Co基复合涂层主要由TiC颗粒、枝晶及细小的共晶组织组成,其组成相除含有TiC,TiCo₃和Cr₂Ni₃外,还有Cr-Ni-Fe-C等相.涂层截面显微硬度分布表明,TiC/Co基复合涂层截面平均显微硬度明显高于Co50合金涂层,分别为5520 MPa和4990 MPa,分别是H13钢基材的2.7和2.4倍.     

γ-TiAl合金纳米切削过程中随机表面粗糙度影响的原子模拟

采用分子动力学模拟方法研究了随机粗糙度对γ-TiAl合金纳米尺度切削的影响。为了模拟真实工件表面,在考虑刀具不同前角和切削深度的情况下,采用多参数的Weierstrass-Mandelbrot（W-M）函数生成随机表面粗糙度,用工件的等效高度来量化切削深度。结果表明,粗糙度对工件的纳米切削有不可忽视的影响。此外,粗糙度的影响在不同切削参数的情况下也不同。     

转移等离子弧熔敷TiC-MoSi2 增强复合涂层显微组织及抗氧化性

为了提高AISI 304不锈钢的高温抗氧化性及耐磨性,利用转移等离子弧熔敷技术在AISI 304基材表面制备了TiC-MoSi₂复合相增强复合涂层。对比分析了氧化前后复合涂层的显微组织,测试了复合涂层的显微硬度分布,测试并拟合了复合涂层的氧化动力学曲线,探讨了复合涂层的氧化机理。结果表明：复合涂层典型显微组织由TiC-MoSi₂复合相、初生TiC枝晶和γ-(Ni,Fe)/NiSi₂共晶构成,TiC-MoSi₂复合相和初生TiC枝晶作为复合涂层的增强相均匀分布在γ-(Ni,Fe)/NiSi₂共晶基体上。由于TiC-MoSi₂复合相的增强作用以及超细γ-(Ni,Fe)/NiSi₂共晶基体的粘结和支撑作用,复合涂层具有高且均匀的硬度分布、良好的强度和韧性。得益于独特的显微组织,复合涂层表现出良好的高温抗氧化性。     

从吸附角度观察Mg-Ca合金中Mg2Ca和 α-Mg的氧化：DFT研究

基于DFT计算O₂在α-Mg（0001）和Mg₂Ca（0001）上的吸附过程,以探明Mg-Ca合金中的α-Mg和Mg₂Ca氧化机理。结果表明,在吸附过程中,O₂与α-Mg和Mg₂Ca有很强的相互作用,且均为化学吸附,但Mg₂Ca的吸附结构不如α-Mg的吸附结构稳定。在氧化过程中,O₂与α-Mg和Mg₂Ca中的Ca和Mg原子发生反应,形成Mg-Ca-O氧化膜,从而提高Mg-Ca合金的抗氧化性。但Mg₂Ca的吸附结构稳定性比α-Mg差,因此Mg₂Ca形成的氧化膜对基体的保护作用比α-Mg弱。     

热腐蚀对GH4169高温合金 δ 相析出和拉伸性能的影响

分别在650、750、850 ℃热处理条件下,研究了高温合金GH4169在75Na₂SO₄+25NaCl （质量分数）熔盐环境下的热腐蚀行为,之后进行组织表征和力学性能测试。结果表明：随着热处理温度的不断升高,高温合金的抗拉极限强度（UTS）和屈服强度（YS）都出现急剧退化,伸长率显著提高。但在750 ℃条件下,晶界处析出的针状δ相能提高高温合金的强度,导致合金出现沿晶脆性断裂现象,降低了合金的塑性。在650和750 ℃下,腐蚀机理符合II型热腐蚀,但在850 ℃条件下符合I型热腐蚀,2种不同类型腐蚀都促进了基体δ相的析出。     

激光热喷涂Co30Cr8W1.6C3Ni1.4Si涂层在PAO+2.5%MoDTC油中摩擦学特性

为了提高TC4合金的耐磨性能,采用激光热喷涂技术在其表面制备了Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了涂层的形貌和物相,并通过摩擦磨损实验研究了涂层在PAO+2.5% MoDTC（质量分数）油中的磨损行为。结果表明,激光热喷涂的Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层主要由Ti、WC_1-x、CoO、Co₂Ti₄O和CoAl相组成,在涂层界面形成冶金结合。在激光功率为1000、1200和1400 W时所制备的涂层平均摩擦因数分别为0.151、0.120和0.171,其对应的磨损率分别为1.17×10^-6、1.33×10^-6和2.80×10^-6 mm³?N^-1?m^-1,磨损机理为磨粒磨损,其枝晶尺寸对降磨起主要作用。     

MoS2/Ti3C2Tx对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

目的 以MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,在25(室温)~400 ℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法 以氢氟酸为MAX相(Ti3AlC2)粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2Tx MXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS2/Ti3C2Tx复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以CuO为固化剂,分别以Ti3C2Tx和MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400 ℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果 当Ti3C2Tx与Al(H2PO4)3的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25 ℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10⁻⁴ mm³/(N.m)。在Ti3C2Tx表面负载MoS2,将MoS2/Ti3C2Tx作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400 ℃范围内,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论 相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在25~400 ℃下的摩擦学性能均得到显著提升。     

γ-TiAl合金表面辉光等离子渗Cr-W层微观组织及力学性能研究

利用双层辉光等离子表面渗金属技术(DGPSAT)在γ-Ti Al合金表面进行等离子渗Cr-W处理,采用扫描电镜、硬度分析、X-射线及磨损试验,研究了Cr-W共渗合金层对γ-Ti Al合金组织结构、成分、硬度及磨损性能的影响规律。结果表明,γ-Ti Al与共渗合金层表面结构均匀,结合处连接紧密,无孔洞、裂纹等缺陷;共渗合金层硬度比基体高近2倍,且至少可承受65 N垂直载荷;在室温和500℃下含有Cr-W共渗合金层的γ-Ti Al合金的摩擦系数、磨损率和磨损失重均小于基体。