Al对反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的影响

通过静态燃烧合成试验,确定以Ti-B4C-C＋5wt%Al为喷涂反应体系,利用反应火焰喷涂技术在金属表面制备Ti（C0.7,N0.3）-TiB2-Al2O3复相陶瓷涂层.研究发现,涂层为复相非均质层状亚稳结构,由TiC0.7N0.3、TiB2、Al2O3和钛的氧化物相及气孔组成.涂层组织可分为三类：TiB2尺度在微-纳米级呈团簇状分布的Ti（C0.7,N0.3）-TiB2共晶体组织;Ti（C0.7,N0.3）呈块状颗粒、尺寸1～2 μm、其间分布着针状或长条状TiB2的组织;黑色不规则气孔.三类组织的形成原因与不加Al时基本相同,但Al的加入使喷涂体系的反应速率提高,并使涂层陶瓷相增多,组织细化,气孔率下降,显微硬度提高.     

自反应火焰喷涂梯度过渡陶瓷涂层研究

以Ti-B4C-C和Ni-Al自粘结复合粉为自蔓延反应喷涂体系,采用反应火焰喷涂技术,在金属表面制备了Ti(Cx,Ny)-TiB2-NimAln梯度过渡涂层.整个涂层以Ti(C0.7,N0.3)、TiC、TiN和TiB2构成陶瓷主结构,NimAln金属间化合物作为过渡相连续分布其中,涂层具有沿厚度方向宏观连续分布和微观成分突变的特征,并存在孔隙与夹杂,呈典型的多相非均质结构.涂层经梯度过渡后,与基体的结合强度由14.38 MPa增加到30.27 MPa,抗热震性能由2次增加到16次,孔隙率由原来的32%降至19%,显微硬度由底层的Hv545增加到表层的Hv1253.涂层耐磨损性能是45号钢的14倍.     

自蔓延高温合成法制备TiB2/TiC复合陶瓷

以Ti、B4C和C粉末为原料，采用自蔓延高温合成与同时致密化工艺（SHS/PHIP）制备合成了不同原料配比的TiC-TiB2复合陶瓷，确定了反应原料的最佳配比为：Ti:B4C=3:1（摩尔比），X射线及SEM分析表明，制备的产物纯净，无中间相的出现，而且由于TiC/2TiB2复合陶瓷组织中长条形状TiB2相的存在，使得该材料的力学性能得到了提高。     

基于TiC_(0.5)N_(0.5)/Si_3N_4复相陶瓷基体的PVD及CVD涂层刀具性能

首先,以15vol%或25vol%的TiC0.5N0.5粉体为导电第二相,利用热压烧结法制备了TiC0.5N0.5/Si3N4复相陶瓷;然后,分别通过物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)技术在TiC0.5N0.5/Si3N4陶瓷刀具表面沉积了CrAlN和TiN/Al2O3/TiN涂层;最后,通过对TiC0.5N0.5/Si3N4刀具进行连续切削灰铸铁实验,研究了TiC0.5N0.5含量和涂层类型对刀具磨损特征的影响,并探讨了刀具的磨损机制。结果表明:TiC0.5N0.5含量的增加有利于提高TiC0.5N0.5/Si3N4复相陶瓷刀具基体的硬度和电导率,但对耐磨性和切削寿命的影响较小;采用PVD技术沉积CrAlN涂层时,随着TiC0.5N0.5含量的增加,涂层的厚度、结合强度和硬度都得到提高,涂层刀具的磨损性能显著提高,切削寿命也明显延长;而采用CVD技术沉积TiN/Al2O3/TiN涂层时,TiC0.5N0.5含量的变化对涂层的厚度、结合强度和硬度基本没有影响,TiN/Al2O3/TiN涂层刀具整体切削性能变化不大。CrAlN涂层和TiN/Al2O3/TiN涂层都可明显改善TiC0.5N0.5/Si3N4复相陶瓷刀具的耐磨性和切削寿命;相对于TiN/Al2O3/TiN涂层,CrAlN涂层具有更高的涂层硬度和粘着强度,但TiN/Al2O3/TiN涂层具有较大的涂层厚度,TiN/Al2O3/TiN涂层刀具表现出更加优异的耐磨性和切削寿命。TiC0.5N0.5/Si3N4复相陶瓷刀具的磨损机制以机械摩擦导致的磨粒磨损为主,伴随有少量的粘结磨损。     

C/ Ti 原子比对反应火焰喷涂TiC/ Fe 复合涂层组织结构和硬度的影响

以TiFe 粉和碳的前驱体(石油沥青) 为原料, 用前驱体碳化复合技术制备了Ti-Fe-C 反应喷涂复合粉末, 并采用普通火焰喷涂技术成功制备了TiC/ Fe 陶瓷金属复合涂层。研究了不同C/ Ti 原子比对反应火焰喷涂TiC/ Fe 复合涂层相组成、显微结构和硬度的影响。结果表明, 前驱体碳化复合技术制备的Ti-Fe-C 系反应喷涂复合粉末中C/ Ti 原子比是影响涂层相组成、显微结构和硬度的关键因素。C/ Ti 原子比不同, 涂层的相组成和硬度不同; 随着C/ Ti 原子比增大, 涂层中TiC 团聚富集区增大, 涂层的孔隙率也随之增大。      

钛合金表面氩弧熔覆原位合成TiB_2-TiN显微组织与形成机理

以BN和Ni60A合金粉末作为预置涂层,采用氩弧热源在Ti6Al4V合金表面原位合成陶瓷颗粒复合涂层。经过热力学计算和扫描电子显微镜线扫描分析,利用X射线衍射仪进行涂层物相分析,确定陶瓷颗粒为TiB2和TiN。利用扫描电子显微镜观察微观组织形貌,并探讨TiB2-TiN颗粒的形成机理。实验结果表明,采用适宜的熔覆材料合金粉末成分和熔覆工艺参数,可以获得TiB2-TiN颗粒复合涂层,TiB2形态呈棒状和细条状,TiN形态呈颗粒状。颗粒尺寸细小,分布均匀,且与基体冶金结合。复合涂层的显微组织沿层深方向分为熔覆区、结合区和热影响区。     

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.     

TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究

TiN和TiC同属于NaCl形式的晶体结构,是同构互溶性的.Ti(C,N)是两者的固溶体.TiN和TiC及Ti(C,N)涂层具有优良的力学和摩擦学性能,作为硬质耐磨涂层,已用于切削刀具、钻头和模具等场合,具有广泛的应用前景.综述了国内外关于这3种涂层的研究成果.研究了影响其性能的若干因素,比较了它们的性能差异,为进一步优化涂层的性能及合理地选用涂层提供了参考.进一步的研究方向是高、低温及恶劣环境下涂层的性能以及更大载荷下涂层的摩擦学性能等.一些重要结果如下:(1)对TiN涂层而言,用CAPD比用CAIP制备时,涂层的摩擦因数小、结合强度大、硬度小;脉冲电压从550 V增大到750 V时,涂层脆性增加、结合强度减小;在多弧离子镀工艺中,500 ℃是最佳沉积温度,此时涂层的硬度和结合强度均最大.(2)对用反应磁控溅射制备的TiC涂层而言,用C2H2比用CH4制备时,涂层的硬度大;CH4分压在0.02～0.04 Pa范围内为最佳,此时TiC涂层的硬度和弹性模量最大,分别是30.9 GPa和343.0 GPa.(3)对Ti(C,N)涂层而言,随CH4:N2或C2H2:N2流量比的增大,其硬度增大;CH4:N2分压比对摩擦因数和磨损量的影响还与载荷的大小有关;TiCxN1-x涂层的硬度和弹性模量随x值而变化,当x为0.6左右时,硬度取最大值45 GPa,当x值为0.43左右时,弹性模量取最大值630 GPa.     

高能球磨制备TiB2/TiC纳米复合粉体

研究了通过高能球磨制备TiB2/TiC纳米复合粉体的反应过程和机理,对粉体的显微结构进行了表征。实验结果表明,采用金属Ti和B4C为原料,在球磨过程中,TiC先于TiB2形成。球磨5h后Ti与B4C反应生成TiB2和TiC,在随后的长时间高能球磨过程中TiB2和TiC两相保持稳定。球磨30h后,直径约8nm的TiC纳米粒子分布在100-200nm的TiB2粒子中,形成均匀分布的纳米TiB2/TiC复合粉体。     

Ti(CN)/TiC/Al2O3/TiN多层涂层的结构和界面结合力研究

采用中温、高温复合化学气相沉积技术(MHCVD)在WC- (6％wt)Co硬质合金基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3/TiN 多层陶瓷涂层.通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和数显显微硬度计等手段分析多层陶瓷涂层的表面及断面形貌、物相组成、显微硬度;采用表面划痕实验,结合形貌观察及X射线能谱分析(EDS)研究多层陶瓷涂层/硬质合金基体的界面结合力及其影响因素.结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3/TiN 多层陶瓷涂层结构均匀致密,涂层后硬质合金的显微硬度明显提高,约2600 HV,多层陶瓷涂层与基体界面结合良好,划痕实验显示临界载荷高达105 N,多层陶瓷涂层界面间的原子扩散作用对涂层/基体界面附着力有较大贡献,而涂层内部少量Ti2O3、W6Co6C 等物相的存在对提高界面结合力也有帮助.     

钛合金表面激光熔覆Ni基合金涂层中析出相热力学模拟计算

采用横流CO2激光器在TC4合金表面熔覆Ni基合金涂层,对激光熔覆层的微观组织、析出相、各合金元素在γ-Ni和M23C6相中含量变化进行了研究.结果表明,熔覆层可分为三个区:熔覆区、结合区和基体热影响区.熔覆区由γ-Ni,TiB2,TiC,M23C6和Ni3B相组成,其中,TiB2,TiC和M23C6细小颗粒均匀分布于γ-Ni初晶上,共晶组织由γ-Ni和Ni3B组成.为揭示TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层在3500～500K温度范围的相组成及组织变化规律,利用Thermo-Calc软件及相应Ni基合金数据库对TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层凝固过程中各析出相进行了热力学计算分析,研究了熔覆层中γ-Ni,TiB2,TiC,M23C6和Ni3B各相相对含量和B,C,Cr,Fe,Ni,Ti元素在γ-Ni和M23C6相中的含量随温度变化关系,为TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层成分设计和工艺优化提供理论依据.     

反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层显微结构研究

采用前驱体碳化复合技术制备Ti-Fe-C系反应喷涂复合粉末,通过反应火焰喷涂技术成功制备了TiC/Fe基金属陶瓷复合涂层.利用XRD和SEM对喷涂粉末和涂层的成分、组织结构进行了分析,考察了喷涂粉末粒度、Ti的加入方式对涂层组织结构的影响.研究结果表明:所制备的TiC/Fe复合涂层由不同含量TiC颗粒分布于晶粒内部而形成的晶内型复合强化片层组织叠加而成,TiC颗粒呈纳米级;喷涂粉末粒度较大时,制备的涂层中出现有害相Fe2Ti,片层厚度较大,孔隙率高;以纯Ti粉为Ti源制备的喷涂粉末和以TiFe粉为Ti源制备的喷涂粉末相比较,其涂层中硬质相TiC含量较少,孔隙率较大.     

B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响.当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa·m1/2,20.6GPa,98.2%.添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料.     

高温化学气相沉积TiC/Ti(CxN1-x)/TiN层的组织结构及摩擦磨损性能

Ti(CxN1-x)涂层具有硬度大、强度高、耐磨等性能,而目前采用化学气相沉积法在不锈钢表面制备Ti(CxN1-x)多层涂层的报道较少。用高温化学气相沉积法在316L不锈钢表面分别制备了TiN单层涂层和TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层,比较分析了2种涂层的显微形貌、相结构、硬度、界面结合力及耐磨性能。结果表明:TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层结构致密,厚约10μm;TiN单层及TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层均提高了316L不锈钢的硬度、耐磨性;与TiN单层涂层相比,TiC/Ti(CxN1-x)/TiN多层涂层的显微硬度和界面结合力更好,摩擦系数更低,磨损量更小,耐磨减摩性能更好;2种涂层的磨损破坏机制较一致,主要为磨粒磨损和摩擦氧化。     

原位生成SiC-MoSi_2-TiSi_2涂层的工艺条件研究

用一次包埋法制备了C/C复合材料SiC-MoSi2-TiSi2复相陶瓷内涂层,对制备涂层的影响因素进行了分析。最终确定的制备条件为制备温度2573K,保温时间为2h,MoSi2和TiC的配比为5∶2。结果表明C/C复合材料表面SiC-MoSi2-TiSi2复相陶瓷涂层在1500℃有氧环境下氧化49h,失重仅仅2.18%,失重率为1.17×10-4g/（cm2.h）,具有良好的抗氧化性能。     

Ti4AlN3陶瓷的相形成机理研究

介绍了Ti4AlN3陶瓷的结构特点和制备方法.以Ti,Al和TiN粉为原料,采用无压烧结制备的产物来研究Ti4AlN3的相形成机理.利用X射线衍射(XRD)来确定物相,结果表明:合成Ti4AlN3的最佳温度为1 400℃,保温时间的延长有利于Ti4AlN3的合成,过量Al能促进Ti4AlN3的合成,当摩尔配比为n(Ti)∶n(A1)∶n(TiN)=1∶1.2∶1.5时,可以合成纯度较高的TiAlN3.     

B4C／Al2O3／TiC复合陶瓷的力学性能和微观结构

利用热压烧结工艺成功制备了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷.探讨了TiC含量对B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷力学性能和显微结构的影响,并研究了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的增韧机制.结果表明,在烧结过程中B4C与TiC发生原位反应,生成了TiB2.发生原位反应有效的降低了B4C/Al2O3复合陶瓷的致密化烧结温度;B4C/Al2O3复合陶瓷烧结温度为2150℃,B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的烧结温度为1900℃.而且,原位反应提高了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷相对密度和力学性能.裂纹偏转和裂纹钉扎是B4C/Al2O3/TiC复合材料主要增韧机制.     

钛合金表面激光熔覆Ti/Al/B4C/C涂层组织与性能分析

针对钛合金硬度低和耐磨性差的特点,采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备Ti/Al/B4C/C熔覆层,利用XRD、SEM、EDS探究熔覆层微观组织,并测试熔覆层对TC4钛合金表面硬度及耐磨性能的影响。结果表明:Ti/Al/B4C/C熔覆层中由于形成Ti B、Ti B2、Ti C等硬质陶瓷相及Ti-Al系金属间化合物和Ti3Al C相,相比于基体具有高的硬度和优异的耐磨性。熔覆层硬度在1 100～1 720 HV之间,较基体提升了2～3倍,其体积磨损率约为(2.29～4.18)×10-6mm3/(N·mm),较基体降低了14%～53%,其中以Ti∶Al∶B4C∶C=57∶20∶18∶5(质量比)混合粉末形成的熔覆层性能最好。     

35CrMo钢表面化学气相沉积多层硬质涂层的结构与性能研究

采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al2O3多层硬质涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能表面力学性能试验仪和摩擦磨损试验仪测试分析了涂层的组成结构、粗糙度和表面力学性能.结果表明:三种硬质涂层表面较均匀、致密,具有高硬度、低摩擦系数等特点,较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能.相比TiC/TiN双层,多层涂层具有更好的力学和耐磨性能,其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小,耐磨损性能最好,原因主要归于TC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N).     

TiC0.81N0.48和TiC0.61N0.44O0.15涂层的热稳定性能

用中温化学气相沉积工艺制备TiC0.81N0.48和TiC0.61N0.44O0.15涂层,用显微维氏硬度计测定TiCN和TiCNO涂层的硬度,用X射线衍射仪和激光拉曼光谱仪分析涂层的结构,研究了TiCN和TiCNO涂层在700℃真空退火后的组织结构转变对硬度的影响。结果表明:真空退火后TiC0.81N0.48和TiC0.61N0.44O0.15涂层的硬度先下降,然后趋于稳定。TiC0.81N0.48和TiC0.61N0.44O0.15涂层在700℃真空退火时,C原子从TiCN晶格析出后先形成sp3C;随着退火时间的延长,sp3C逐渐向sp2C转变;随后sp2C团簇增加,无序程度降低,TiCN逐渐分解为TiC和TiN相。硬度的降低,是由于涂层内缺陷密度的减少使应力释放,还与高温下TiC0.81N0.48和TiC0.61N0.44O0.15涂层组织结构的转变,特别是sp3C和sp2C的形成有关。与TiC0.61N0.44O0.15涂层相比,在700℃真空退火时TiC0.81N0.48涂层组织转变的进程加快,热稳定性能较差。