抑制镍基/热障涂层粘结层元素互扩散的研究进展

航空发动机Ni基高温合金涡扇叶片在高温环境服役时,镍基合金基体将与热障涂层粘结层发生元素互扩散.系统论述了元素互扩散行为对镍基合金基体和热障涂层显微结构及性能的影响,分析了添加扩散障和改性粘结层的阻扩散机制,介绍了2种阻扩散方法的研究进展,总结了其优势及存在的问题,指出了元素阻扩散方法的研究发展方向.     

铬(Cr)添加量对真空粉末熔覆镍铬-碳化铬(NiCr-Cr_3C_2)复合涂层微观组织的影响

采用高温真空粉末熔覆工艺在镍基高温合金表面制备了Cr改善的Ni Cr-Cr_3C_2复合涂层,涂层与基体形成冶金结合。通过添加不同含量(0%,10%,20%,30%(质量分数))的Cr粉末,研究了Cr含量对涂层微观组织,相组成及界面扩散的影响。结果表明,Cr的添加促进了涂层中硅(Si)元素的消耗并形成Cr3Si,同时抑制了界面处脆性相Ni3Si的产生。随着Cr添加量的增多,二次反应区厚度及界面处的Ni3Si含量均相应减少。     

镍基单晶高温合金扩散阻挡层的研究进展

综述了镍基单晶高温合金扩散阻挡层的国内外研究进展。简要介绍了高温防护涂层/镍基单晶高温合金基体元素的互扩散现象,说明了扩散阻挡层的作用机理,阐述了扩散阻挡层的设计原则和要求,通过对比分析了各类扩散阻挡层的优缺点。最后对镍基单晶高温合金用扩散阻挡层的研究做出了展望。     

Ni60优化高铝青铜SAPS—感应重熔涂层组织结构的研究

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢基体上制备Ni60/高铝青铜梯度涂层,并进行高频感应重熔处理。通过SEM、XRD等手段分析了感应重熔前后涂层的组织结构特征、相结构变化以及界面元素扩散情况。结果表明,超音速等离子喷涂层在基体/Ni60结合面处以机械咬合为主,在Ni60/高铝青铜涂层界面处有轻微熔结特性,形成了机械结合和轻微冶金结合的混合结合方式。感应重熔后,Ni60中间层分别与基体、高铝青铜涂层进行充分的双向扩散熔合。在Ni60和基体间形成结构致密、无孔隙的冶金扩散带,元素扩散迁移后不同元素呈现梯度或均匀分布形式。在Ni60和高铝青铜涂层之间分层界面基本消失,形成了完全的一体化涂层,涂层中元素扩散呈现梯度形式。     

镍基涂层钢管金相分析与弯曲强度测试

在锅炉钢管表面制备了镍基合金喷焊防护层,利用OM、SEM、EDS、TEM等仪器观察分析,结果表明:涂层与基材形成冶金结合,涂层内基体相为γ-Ni固溶体,针状Cr的碳化物周围有大量位错组织,针状相在γ-Ni固溶体内形成弥散强化,喷焊层弯曲强度高达675MPa左右,弯曲后喷焊层脆性断裂,锅炉钢管基材及结合层没有裂纹.     

镍基高温合金的扩散焊接研究进展

镍基高温合金被广泛用于现代航空工业、核工业等领域。本研究综述了镍基合金扩散焊的研究进展,介绍了扩散焊技术研究现状、界面孔洞闭合机理以及扩散焊接接头组织、性能。对当前镍基高温合金扩散焊的最新研究进行总结,为今后镍基高温合金扩散焊接技术的进一步发展提供了理论支撑。      

高铝青铜等离子喷焊层组织及其形成过程

为研究高铝青铜等离子喷焊层组织特征及其形成机理,采用等离子喷焊工艺在45钢基体上分别制备了厚度为2和5 mm的喷焊层,并对5 mm厚度喷焊层沿层深方向进行分层切割,利用光学显微镜、XRD、SEM、EDS分析了不同喷焊厚度的喷焊层组织形貌、相结构、相含量及界面处元素扩散.结果表明:不同厚度的高铝青铜喷焊层均形成了α,γ2及β’相包围k相生长的组织,喷焊过程中熔池不同位置的温度场参数和成分分布不同,形成的快速冷凝固组织特征不同.钢基体Fe元素向喷焊层纵深方向的扩散随喷焊层厚度增加,2 mm厚度的喷焊层中树枝状k相析出较少,偏析严重的位置出现粗大的球形组织,界面处的扩散冶金结合特征不明显;5 mm厚度的喷焊层中随分隔层厚度从2、3 mm增加到4 mm的过程中,Fe元素扩散作用减弱,在4 mm处Fe元素含量达到最低,富Fe的k相析出减少,均匀分布的树枝状组织逐渐增多.     

电弧离子镀TiC扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在NiCrAlY涂层与镍基高温合金(DD3合金)之间沉积TiC薄膜作为扩散障层,研究了TiC对NiCrAlY涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:TiC有效阻滞DD3基体与涂层之间的元素互扩散,提高了NiCrAlY涂层和DD3合金的抗高温氧化性能。     

真空熔烧涂层与母材的界面研究

采用法向拉伸法测定了真空熔烧涂层与母材的界面结合强度 ,并用电子探针分析了合金元素沿层深分布情况。结果表明 ,真空熔烧法制得的涂层与母材间形成了牢固的冶金结合 ,界面结合强度可达 3 60～40 0MPa ,提高了材料的抗热疲劳性能。合金元素在界面两侧的扩散是影响材料显微组织、显微硬度及界面结合强度的关键     

涂层前处理对单晶合金再结晶及元素扩散行为的影响

采用喷砂工艺对单晶高温合金进行了表面前处理,借助真空电弧镀技术在合金基体上制备了NiCoCrAlYHf涂层,研究了热暴露过程涂层前处理对单晶合金再结晶及元素扩散行为的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了有、无涂层两种状态下的试样显微组织和元素扩散行为,以及其与再结晶现象的作用机制。试验结果表明:随着喷砂强度的增强,合金基体和涂层试样的再结晶尺寸逐渐增大,当喷砂强度为0.2MPa时,涂覆涂层的合金基体无胞状再结晶。但是随着喷砂强度由0.3MPa增加到0.7MPa时,沉积涂层后对单晶合金的再结晶抑制作用有所减弱。经1100℃/250h热暴露测试后,在涂层/基体的界面处未观察到再结晶现象,同时,界面处也未检测到明显的某个元素浓度波动起伏,界面处的元素含量分布趋于平缓。     

Al-Cu双金属复合结构的扩散连接试验研究

应用扩散连方法进行了Al-Cu双金属复合结构的试验研究，比较了不同的焊接工艺，材料组合以及母材状态情况Al合金与Cu的连接性，观察了接头区域的微观组织结构，研究表明，固相扩散连接是一种适用于异种材料连接的有效方法，通过在连接区域形成Al-Cu金属间化合物，达到Al和Cu的有效连接，材料组合，母材原始状态以及连接工艺参数对Al合金与Cu的扩散连接存在着明显的影响。表面镀Ni工艺不但能够有效阻止Al和Cu之间形成脆性相，而且Al和Ni之间形成了良好的扩散连接，改善了接头性能。     

铝合金上等离子喷涂金属镍层的研究

利用金相显微镜和扫描电镜对活塞铝合金表面等离子喷涂镍层(厚度为0. 1～ 0. 2mm ) 的金相组织、形貌和界面进行了观察。发现在铝合金与带状喷涂镍层之间存在较厚氧化膜形成的不规则熔合线, 阻碍焊合效果。因此在现有工艺条件下, 镍层与铝合金间难以实现冶金熔合效果, 并对它们之间的连接机理进行了探讨。      

Technique of Aluminum Alloy Composite by Inversion Casting

The influence of the temperature of liquid aluminum alloy,the dipping time in liquid alloy and the thickness of base strips on the solidified layer was studied during the process of producing aluminum alloy composite strips used in automobile radizator with inversion casting.It is concluded that there is welding as well as diffusion of alloying elements between the base strip and the coating.Experiments proved that the interface has a good bonding.     

NiTi 合金表面激光原位反应合成TiN增强金属基复合材料涂层

采用连续高功率固体Nd-YA G激光辐照, 使预置于NiTi 合金表面的Ti 粉在N₂ 环境中形成TiN 增强Ti 基复合材料涂层。选择适当的激光辐照工艺参数, 获得致密的TiN 增强金属基复合材料激光改性层。SEM 观察及EDAX 成分分析结果表明, TiN/ Ti 金属基复合材料表面改性层与基体NiTi 合金存在良好的冶金结合, 界面处成分均匀过渡, 表面Ni 含量极低。显微硬度测试及磨损实验表明, TiN/ Ti 金属基复合材料改性层显著提高了NiTi 合金的表面硬度和耐磨性, 激光表面改性层可有效地改善NiTi 合金作为生物医学材料使用的表面成分和性能。      

激光熔覆制备原位自生TiC增强Ni3（Si,Ti）复合涂层研究

运用激光熔覆技术修复受损的烟汽轮机叶片,在GH864镍基合金表面制备原位自生TiC颗粒增强Ni3(Si,Ti)金属间化合物复合涂层.利用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪及显微硬度计研究了(Ti+C)的加入量对熔覆层组织及硬度的影响.研究表明:在优化的工艺参数下可获得宏观质量完好,无裂纹、气孔等缺陷,且与基体呈冶金结合的激光熔覆层,熔覆层由Ni(Si)、Ni3(Si,Ti)和TiC组成;当合金粉末中(Ti+C)的加入量为20%时熔覆层的硬度最高可达780Hv,是基体材料的2.4倍.     

钼铜合金表面金镀层的制备及耐高温与焊接性能

为提高钼铜合金表面金镀层的耐高温性与焊接性能,采用置换镀及化学粗化及化学镀镍、最后氰化镀金的方式,在钼铜合金表面制备了金镀层。采用扫描电镜能谱仪分析了镀层形貌及成分,采用金锡焊接的方式测试其焊接性能,按GJB 1941-94考察了其耐高温性能。结果表明:置换镀方式实现了钼铜合金基材界面处元素Mo及元素Cu化学性质的均一性,避免了因化学活性不同所导致的沉积晶体内应力过大的问题;化学粗化增大了钼铜合金基材界面处的比表面积,增加了镀层与钼铜合金基材界面处"机械咬合点"数量,提高了镀层与钼铜合金基材的结合强度。钼铜合金基材表面所得金镀层耐高温性能≥350℃,焊接后空洞率≤30%,满足焊接技术指标要求。     

Application of Ni and Cu nanoparticles in transient liquid phase (TLP) bonding of Ti-6Al-4V and Mg-AZ31 alloys

The transient liquid phase (TLP) bonding of Ti-6Al-4V alloy to a Mg-AZ31 alloy was performed using an electrodeposited Ni coating containing a dispersion of Ni and Cu nanoparticles. Bond formation was attributed to two mechanisms; first, solid-state diffusion of Ni and Mg, followed by liquid eutectic formation at the Mg-AZ31 interface. Second, the solid-state diffusion of Ni and Ti at the Ti-6Al-4V interface resulted in a metallurgical joint. The joint interface was characterized by scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction analysis. Microhardness and shear strength tests were used to investigate the mechanical properties of the bonds. The use of Cu nanoparticles as a dispersion produced the maximum joint shear strength of 69 MPa. This shear strength value corresponded to a 15 % enhancement in joint strength compared to TLP bonds made without the use of nanoparticles dispersion.     

锌合金表面涂装前磷化处理对膜层结合力的影响

锌合金活泼、易腐蚀,在其表面直接喷涂涂层的结合力较差,为了提高锌合金表面与涂层的结合力,对锌合金基材作磷化处理和磷化后封闭处理再喷涂聚氨酯漆膜,探讨了磷化处理及封闭处理对锌合金表面膜层间结合力的影响,并应用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对磷化膜表面形貌、物相组成及成分等进行研究。结果表明:锌合金表面直接喷涂聚氨酯漆膜,漆膜与锌合金基材的结合力差,结合力等级大于5级;而锌合金表面不管是磷化后直接喷漆还是磷化后封闭处理再喷漆均能极大提高涂层与基体的结合力,其结合力等级均小于2级;封闭处理有助于降低磷化膜的孔隙率,磷化膜经封闭处理后孔隙率由13.9%降到3.5%;封闭处理会降低磷化膜与漆膜的结合力。     

等离子喷涂氧化铝涂层界面状态和结合性能的研究

采用相同的等离子喷涂工艺参数对TC4钛合金、45钢、6061铝合金和纯铜等不同基材进行了等离子喷涂工艺试验.利用金相显微镜和扫描电镜观察了涂层组织的界面结合状态,测试了不同基材上涂层的结合强度,分析了基材性质不同对涂层残余应力、界面组织状态和结合强度性能的影响规律.结果表明:基材的热膨胀系数、导热系数、比热容等物性参数...     

电沉积纳米晶镍层与基体界面局部电阻点焊热处理

一些特殊的工件在加工过程中,镀层易起皮、脱落,镀层与基体间有一过渡层可避免这一点,这通常可通过局部热处理加以解决;而传统的扩散退火热处理中,热量是从材料外部向其内部传递,整个材料都被加热,要实现镀层与基体的界面扩散,就会不可避免地造成纳米晶镀层的晶粒长大;而且如果只需对材料的某个局部加热,其效率显然较低.为此,对电沉积...