TC4钛合金表面镀Cu摩擦磨损性能的研究

采用一种反应熔敷法,在钽合金表面制备一层较厚的碳化物强化层,进行钽合金的表面强化.以TaW12合金板材作为基板,将Ta粉和C粉混合,均匀涂覆在TaW12合金板材表面.以电弧为熔敷热源,在整个粉末涂覆面上进行逐行扫描,引发混合粉末与基板的反应熔融和固相扩散,获得表面硬化层.表面熔敷层完全致密,为熔融结晶状态.外表面呈周期性的波浪形,无裂纹,无气孔显现.熔敷层主要是Ta2C相与钽固溶体混合的共晶凝固组织,等轴状和条状的Ta2C相分布在Ta合金基体上,呈现一定的方向性,大多数近似垂直于板面.熔敷层与基体之间有一层由固态扩散产生的组织,大量针状Ta2C相在基体上交叉析出,形成网状结构.Ta2C相尺寸由外向内变小,逐步成为细小点状析出.熔敷层与过渡层间为固液界面,结合非常好,无裂纹和空洞存在.表面熔敷层平均维氏硬度为6690 MPa,达到了基体材料硬度的3倍.过渡层中硬度急剧下降,为熔敷层的一半.     

Ta1/0Cr18Ni9薄板储能焊熔核高熵化机理

针对钽与钢之间物化性质差异大，焊接时易产生脆性金属间化合物而导致熔焊接头性能低下及裂纹等问题，按照熔核金属高熵化技术思路，利用基于密度泛函理论的热力学第一性原理设计出新型中间层合金Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Co₂₀，结合熔合比得到适用于钽/钢储能焊中间层合金成分为Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂. 采用真空电弧炉熔制纽扣合金锭，继而使用单辊急冷法制备出中间合金箔材，将其用于Ta1/0Cr18Ni9薄板的储能焊连接. 结果表明，在储能焊条件下，Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9搭接接头形成形貌规则、完整，长径约0.8 mm的扁球形熔核，熔核整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织由简单的FCC固溶体组成，无金属间化合物析出，具有典型的高熵合金特征，实现了熔核金属高熵化. 在焊接电压1 000 V，电容500 μF，电极压力30 N下，Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头平均强度可达到395 MPa.     

Korrosionsschutz durch Auftragschweißen mit den reaktiven Metallen Titan,Tantal und Zirkonium

Corrosion protection using surface-welded titanium, tantalum and zirconium claddings Very stringent demands are imposed on the corrosion resistance properties of components, apparatus, and plants of the chemical industry as well as in apparatus and machine construction. For technical and economic reasons, composite-layer materials which withstand the mechanical and corrosive conditions are employed. The special-purpose metals, titanium, tantalum, and zirconium exhibit high resistance to corrosion by many aggressive media, even at high pressure and temperature; these properties are not achieved by any of the conventional corrosion-resistant materials under the same conditions. The object of the research work was to develop a basis for producing claddings of titanium, tantalum, and zirconium by weld surfacing on a base metal of different composition with the application of the PHS method. Within the scope of the present project, single-layer claddings were applied by PHS weld surfacing with the use of titanium, tantalum, and zirconium of high purity as cladding materials on intermediate layers of nickel and copper, or alloys of these plasma hot wire weld surfacing, titanium, tantalum, zirconium, dilution, intermetallic phases, bonding, ductility elements. Boiler plate HI1 was employed as substrate for the three-layer composite materials. The titanium claddings thus applied have been thoroughly examined by metallographic techniques, layer analysis, and corrosion chemistry. The results indicate the possibility of producing corrosion-resistant claddings of titanium by the PHS method, provided that the welding process is shielded against contamination by atmospheric gases, and the formation of undesirable reaction products in the bonding zone between the base metal and filler material is minimized by means of an intermediate layer. The corrosion resistance of the surface-welded titanium claddings on an intermediate nickel layer coincides extensively with that of the reference material. On the basis of the corrosion analyses, the surface-welded titanium cladding on an intermediate copper layer is not resistant to corrosion. The results of weld surfacing with titanium have been applied to heterogeneous PHS weld surfacing with the special purpose metals tantalum and zirconium. In principle, metallographic examinations verify the possibility of producing a flawless bond between a cladding of zirconium and an intermediate nickel layer. In comparison with the filler material, Zr 702, however, the zirconium claddings applied by PHS weld surfacing exhibit a considerably greater hardness and low ductility. Because of the large difference between the melting points of tantalum and the substrate material, claddings of this kind cannot be reproducibly manufactured with sufficient quality by the PHS method, since the necessary parameters are at the extreme limit of the feasible range as far as the heat transfer is concerned.     

Ta1/Ta8Ni30Cr20Cu42/0Cr18Ni9储能焊接头组织与性能

针对钽与钢之间因物化性能差异大，储能焊接头易产生脆性金属间化合物等问题，依据熔核金属高熵化技术思路，以等摩尔比的Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Cu₂₀合金为熔核目标成分，依据焊接过程两种母材熔合比折合得到Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂中间层合金，将其用于Ta1/0Cr18Ni9的储能焊连接. 结果表明，熔核金属的高熵合金化可有效地抑制熔核中脆性金属间化合物的形成，Ta1/Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头形貌完整，熔核呈规则的杯形，长径约0.6 mm，整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织以简单FCC固溶体为主相，兼有少量BCC固溶体. 熔核中心凝固组织以细小的等轴晶为特征，熔核与两侧母材熔合区则形成了平行生长的柱状晶，熔核区与母材结合良好. 在焊接电压1 000 V，电容500 μF，电极力30 N工艺条件下，接头平均抗剪强度372 MPa.     

激光熔覆在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层缺陷分析及控制

通过脉冲式YAG激光器在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层,分析熔覆层的缺陷,并研究如何能控制熔覆层缺陷的发生,熔覆试样的缺陷主要表现为陶瓷基板炸裂、熔覆层成形不完整、熔覆层微观裂纹和气孔.结果表明,通过调节激光熔覆的热输入可以保证陶瓷基板的完整性并且熔覆层成形良好;通过焊前预热和焊后缓冷的工艺可以降低熔覆层微观裂纹和气孔的形成几率.通过优化激光熔覆工艺参数和工艺方法,可以形成良好的熔覆层,并且AlN陶瓷基板和铜基金属覆层之间形成过渡层,形成良好的冶金结合.     

轧机牌坊激光熔覆修复研究

为找寻一种合适的轧机牌坊表面修复方法,根据实际工况,对几种激光熔覆涂层在150℃水蒸气环境中的抗氧化性能及抗磨损性能进行了测试分析,测试结果表明,制备的钴基涂层具有优异的抗水蒸气氧化性能和抗摩擦磨损性能。选用该钴基材料在牌坊模拟件上模拟现场施工状况进行了激光熔覆,同时监测了熔覆过程中的动态应力演变。监测结果表明,应力演变最大值并未超过基体铸钢的屈服强度,这种大面积激光熔覆不会引起结构的宏观变形,表明激光熔覆方法是一种适用于轧机牌坊大面积表面修复的方法。     

Ta1与0Cr18Ni9薄板的储能焊试验

采用电容储能焊方法对Ta1与0Cr18Ni9薄板进行点焊连接,分析了直接点焊与添加高熵中间层的钽/钢接头组织与性能. 结果表明,溶质截流效应可有效抑制快速凝固熔核中脆性金属间化合物产生,实现钽/钢的储能焊接. Ta1/0Cr18Ni9的直接点焊接头中熔化区集中于钢板一侧,呈双曲回转形,熔核中心出现一直径约0.2 mm近圆形气孔,在钽与钢的结合界面处有少量Fe₅Ta₃与Cr₂Ta金属间化合物产生;添加高熵合金中间层的点焊接头,由比较规则的近半扁球状熔核及熔核向基体过渡的熔合区组成,熔核具有简单固溶体结构,组织均匀致密,主要由柱状晶组成. 在相同的参数条件下,钽/钢直接焊接头接头抗剪强度为239 MPa,添加高熵合金中间层的钽/钢接头抗剪强度可达374 MPa.     

网状阴极法在碳钢表面沉积氮化钽薄膜的研究

介绍了一种在钢铁基体上制备氮化钽薄膜的新方法———网状阴极法。其设备简单、价格低廉。实验中发现 ,在工艺参数调配合适的条件下 ,可制备出结构为面心立方和密排六方结构的氮化钽薄膜。薄膜较致密且均匀 ,与基体结合良好。分析了优选工艺参数条件下合成的氮化钽膜的成分、组织、表面和断口形貌及结合力。     

等离子体对钽表面渗氮处理的影响

采用SEM,XRD等手段对钽在氢与氮等离子体中形成的表面层进行了分析,试验表明,在外界参数相同的情况下,H N等离子体的存在改变了Ta表面在H-O-N气氛中的反应路径,使反应产物由无等离子体时的Ta2O5变成了Ta6N2.57,因此处理后的表面粗糙度比无等离子体时下降了一个数量级;对等离子体的作用机理进行了探讨,认为是等离子体的存在改变了介质成分和Ta表面附近的“阴极鞘层”与Ta表面相互作用抑制了粗糙的Ta2O5形成。     

不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊两种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置于基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道或多道扫描。得到的熔层与等离子焊层对比,激光熔层缺陷率低,成品率高。其组织细密均匀,晶粒细小,成分稀释率更小,对其体热影响小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明,激光熔层具有更高的耐腐蚀性能。     

钢基体表面TIG铜堆敷层泛铁规律分析

采用HS201铜焊丝在35CrMnSiA钢基体表面进行TIG堆焊工艺试验,研究了堆覆层泛铁量的变化,分析了界面层微观组织,对铜堆敷层中泛铁的分布、形态的发展演变以及泛铁量规律进行了较为系统的研究.结果表明,随着堆焊电流的增大,堆敷层内溶解的铁逐渐增多,其形态也逐渐改变;在堆焊电流小于270 A时堆敷层内无明显泛铁,泛铁形态为微小的颗粒状或类树枝状;焊接电流超过300 A时,铜堆敷层中泛铁形态发生较大变化,堆敷层中出现大块球状泛铁;同时在电弧力的作用下,液态铜与液态铁机械混合在一起,凝固形成铜与铁相互包含的泛铁形态.     

等离子熔覆技术的研究现状及展望

等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术,具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。从等离子熔覆工艺参数研究、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等五个方面,介绍了等离子熔覆技术当前的发展概况。其中,关于等离子熔覆工艺参数研究方面,阐述了熔覆电流、离子气体流量、送粉气体流量、粉末送粉量、焊枪摆动幅度、焊接速度、喷嘴与工件之间的高度及多道搭接时搭接率等参数对涂层组织性能的影响;在等离子熔覆合金涂层方面,介绍了等离子熔覆用合金粉末及其引入方式的研究进展;在等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层方面,叙述了增强颗粒及其添加方式的最新研究成果;在等离子熔覆层质量调控方法部分,阐述了预热缓冷、热处理、外加磁场、机械振动、超声波辅助、加入变质剂及添加稀土元素等手段对熔覆层的质量调控作用;在等离子熔覆技术应用方面,介绍了等离子熔覆技术在矿山机械、汽车零部件再制造以及阀门修复等领域的应用。最后对等离子熔覆技术的应用前景及发展趋势做出了展望。     

9%Cr钢表面激光熔覆制备低Cr合金改性层组织及Cr含量分析

目的通过对比分析1CrMo合金激光熔覆和埋弧堆焊层中Cr元素含量分布,研究激光熔覆替代堆焊技术用于9%Cr钢汽轮机转子轴颈表面改性的可行性。方法采用与1CrMo合金焊丝成分相同的合金粉末作为激光熔覆材料,利用半导体激光熔覆系统在9%Cr钢表面制备低Cr合金熔覆层。用直读光谱仪、金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计等仪器,分析熔覆层中Cr含量分布、熔覆层组织结构和性能,并与堆焊层进行了对比。结果利用激光熔覆技术成功在9%Cr钢表面制备了不同厚度、无缺陷的1CrMo合金熔覆层,熔覆层组织主要由铁素体和颗粒状碳化物相构成。多层熔覆层硬度在220～250HV0.3之间,与基体硬度接近。激光熔覆可有效减少基体对熔覆层的稀释,熔覆层中Cr含量降低明显,在熔覆层约2 mm厚处的Cr含量已低于2%的工作面Cr含量要求,而堆焊需8 mm左右才能达到相同的降Cr效果,激光熔覆所需熔覆层数明显少于埋弧堆焊法的堆焊层数。结论与堆焊相比,激光熔覆用于9%Cr钢汽轮机转子轴颈表面改性需熔覆层数少,表面降Cr效率更高。     

钽低温离子渗氮工艺参数对渗氮层物相的影响

利用组合的二次回归正交实验设计方案 ,对钽低温离子渗氮条件下 ,表面物相及固溶体中氮的含量随渗氮温度、气氛总压力和氢氮摩尔比的变化进行了系统研究。发现表面渗氮层由化合物Ta6N2 .57、超晶格TaN0 .1和固溶体相组成。氮在钽中的固溶度随气压、温度和氢摩尔分数的增加而增加 ,化合物和超晶格相含量随温度增加而增加 ,同时化合物相随氢摩尔分数增加有一个极大值 ,该极大值随温度增加而下降。     

大型热轧定宽压力机出钢辊的堆焊复合

针对出钢辊长期在温度800℃以上、红热钢坯作用下产生严重的冷热疲劳龟裂和金属间磨损的现象,开发出采用N合金化的堆焊硬面药芯焊丝材料。其显微组织为马氏体+少量铁素体+合金化合物,堆焊层金属具有极高的抗高温软化性能、抗冷热疲劳性能和耐金属磨损性能。制定了合理的堆焊工艺规范,堆焊复合制造的出钢辊使用寿命可长达半年,无热疲劳裂纹的产生,金属间磨损小,满足使用要求。     

激光熔覆专用铁基合金特点分析及设计思路评述

分析了目前防止熔覆层开裂所采取的主要措施存在的问题,阐述了激光熔覆和热喷焊对于所用合金粉末性能要求之异同,指出解决激光熔覆层开裂的根本途径是研制专用合金.综述了激光熔覆专用铁基合金的研究现状,评述了现有激光熔覆专用铁基合金成分与组织设计的思想,指出了当前基于＂原位自生＂和＂高碳共晶＂设计思想的专用合金研究思路的局限性.     

堆焊双金属冷镦粗过程中的变形行为

借助冷镦粗实验研究堆焊双金属在大塑性变形下的变形行为,进而探索堆焊双金属坯料锻造成形的可行性。首先使用等离子弧喷焊技术制备双金属坯料,测定堆焊双金属熔覆层区域的显微硬度,认知堆焊双金属材料的界面特性;随后分析冷镦粗过程中堆焊双金属试样的变形与破坏方式。结果表明:堆焊双金属的显微硬度最薄弱区域出现在熔合线附近,熔覆层区域整体硬度远高于基体硬度;冷镦粗过程中,堆焊双金属基体区域率先发生塑性变形,熔覆层抵抗变形的能力高于基体;压缩到一定阶段,熔覆层底部区域也会发生塑性变形,熔覆层区域具有进行塑性变形的潜力。     

Electrochemical behavior of tantalum in ethylene carbonate and aluminum chloride solvate ionic liquid

To investigate the electrochemical reduction mechanism of Ta(V) in ethylene carbonate and aluminum chloride (EC−AlCl₃) solvate ionic liquid, cyclic voltammetry experiments were conducted on a tungsten working electrode. Four reduction peaks were observed in the cyclic voltammogram of the EC−AlCl₃−TaCl₅ ionic liquid. The reduction peaks at −0.55, −0.72, and −1.12 V (vs Al) were related to the reduction of Ta(V) to tantalum metal by three stages including the formation of Ta(IV) and Ta(III) complex ions. The reduction of Ta(III) to tantalum metal was an irreversible diffusion-controlled reaction with a diffusion coefficient of 3.7×10⁻⁷ cm²/s at 323 K, and the diffusion activation energy was 77 kJ/mol. Moreover, the cathode products at 323 K were characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results showed that tantalum metal and tantalum oxides were obtained by potentiostatic electrodeposition at −0.8 V for 2 h.     

钽涂层多孔钛合金支架的制备与表征

钽金属是一种理想的医用金属材料,能够与人体软/硬组织发生整合。利用化学气相沉积方法,在可控多孔结构的Ti6Al4V合金支架表面沉积涂覆钽金属涂层,使其同时具备理想的三维孔隙结构和力学相容性,以及钽金属优异的生物学性能。研究结果显示,多孔钛合金支架表面涂层前后色泽发生明显变化,涂层后支架呈现钽金属色泽。扫描电镜和XRD分析进一步证明了多孔钛合金支架表面沉积物为钽金属。与美国Zimmer公司生产的多孔钽小梁金属相比,钽涂层多孔钛合金支架具备与人体皮质骨更相似的弹性模量和抗压强度,是一种理想的骨修复替代物。     

EXAMINATION OF CARBON DIFFUSION IN TANTALUM CLAD STEEL COMPOSITE

ＥＸＡＭＩＮＡＴＩＯＮＯＦＣＡＲＢＯＮＤＩＦＦＵＳＩＯＮＩＮＴＡＮＴＡＬＵＭＣＬＡＤＳＴＥＥＬＣＯＭＰＯＳＩＴＥ①ＸｉａＣｈａｎｇｑｉｎｇ，ＪｉｎＺｈａｎｐｅｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇ，Ｃｅ...