热处理工艺对超音速火焰喷涂Al-Cu-Fe准晶涂层性能影响

目的 使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备Al-Cu-Fe准晶涂层,研究热处理温度对涂层中准晶相含量和性能的影响以及封孔处理对涂层耐蚀性的改善。方法 以304不锈钢为基体和真空雾化Al-Cu-Fe准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂方法制备准晶涂层,并进行550～700℃热处理。利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析准晶粉末和涂层的衍射花样、微观形貌、成分和相结构。分别使用显微硬度仪和电化学工作站对比测量304不锈钢和准晶涂层的硬度和耐蚀性能。结果 粉末中二十面体准晶相(I相)为主相,并伴生准晶类似相(β相)。经过超音速火焰喷涂后,涂层中I相和β相的含量分别为78.7%和21.3%,相组成与原始粉末接近。550℃和600℃热处理1h后,涂层中β相消失,I相占比进一步上升,并伴随Al₂Cu(θ相)产生。随着热处理温度继续升高至650℃,β相开始重新析出;当热处理温度升至700℃,β相占比增至13.5%。热处理后准晶涂层的最高硬度为674HV,为304不锈钢硬度(182HV)的3.7倍。准晶涂层经过热处理和表面封孔后,其在3.5%NaC...     

超音速火焰喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层表面不粘性和耐磨性的研究

以普通45#钢为基体,分别以FeAl晶体粉末和Al_(65)Cu_(20)Cr_(15)准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备涂层.使用金相显微镜和接触角测量仪分别对两种涂层的扁平粒子形态和表面润湿性进行表征,利用X射线衍射仪对准晶涂层的相结构进行分析.分别使用MH-6维氏硬度仪和MMW-1立式万能摩擦磨损试验机测量涂层的显微硬度HV和摩擦系数及磨损失重.结果表明:喷涂准晶涂层与原始粉末的相组成基本相同,都包括主相二十面体准晶I-Al_(65)Cu_(24)Cr_(11),和另外3种含量极少的晶体相,即θ-Al_(13)Cr_2(即Al_(83)Cu_4Cr_(13))、α-Al_(69)Cu_(18)Cr_(13)和ε-Al_2Cu_3;但是与原始准晶粉末相比,HVOF涂层中准晶相I-Al_(65)Cu_(24)Cr_(11)的体积含量相对减少,而另外3种晶体相含量相对增加.相同试验条件下,同FeAl为代表的常规金属晶体涂层相比,超音速火焰喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层具有更低的摩擦系数和磨损量,而且对蒸馏水具有更大的接触角,这说明后者的减摩耐磨性能和对蒸馏水的不粘性优于前者.     

退火对激光熔覆制备FeCrNiCoMn高熵合金涂层组织与性能的影响

采用气雾化法制备了FeCrNiCoMn合金粉末,并在45钢基体上激光熔覆制备出了FeCrNiCoMn高熵合金涂层。分别采用SEM、EDS、XRD对粉末、涂层的微观形貌及相结构进行了分析,并测试了涂层的硬度。对涂层在300℃、550℃、700℃时退火4 h,研究涂层的抗高温软化性。结果表明:气雾化制备的合金粉末具有较好的球形度,FeCrNiCoMn涂层由单一的FCC相构成,组织为椭球状的枝晶与枝晶间形貌;不同温度退火后的涂层保持FCC相不变;在550℃以下退火,涂层组织无变化,但在700℃退火后,涂层组织变化明显;退火前后涂层的硬度无明显变化。     

冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3 高熵合金涂层组织与性能研究

目的 为了提升普通金属材料的表面耐腐蚀和耐磨性能,提出了一种在普通金属材料表面制备性能良好的CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的技术工艺。方法 利用冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层,再经过感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层。通过采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、磨料磨损试验机等,对涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性进行分析。结果 原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层组织致密,元素均匀分布,合金涂层由简单的BCC相构成,涂层的微观组织呈现出典型的枝晶结构。内枝晶区主要富含Co、Cr、Fe和Ni,枝晶间区则富含Cu和Al。CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的显微硬度是45#钢基体的3倍,在干摩擦条件下,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层在摩擦过程中以磨粒磨损为主,涂层在干滑动条件下的磨损率比45#钢基体的磨损率低59%,摩擦因数为0.38,约为45#钢基体的56%,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的磨损率为2.95×10?5 mm3/(N·m)。结论 使用冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层具有很高的硬度和良好的耐磨性能。     

超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在高强钢表面制备了316L不锈钢涂层,利用扫描电镜、显微硬度仪、电化学测试系统等设备对涂层金相组织、硬度、结合性能和抗腐蚀性能等进行了测试,并分析了WC-CoCr中间层对316L不锈钢粉末涂层结合强度及涂层界面的影响。结果表明:超音速火焰喷涂316L不锈钢粉末颗粒在喷涂中变形充分,形成较致密的涂层,并具有超过400 HV0.1的显微硬度;涂层具有较高自腐蚀电位,耐蚀性优于高强钢;涂层结合强度随着涂层厚度的减小、基体硬度的增加而提高;WC-CoCr底层可改善涂层界面结合,从而改善316L不锈钢涂层的结合性能。     

等离子喷涂镍基合金非晶涂层的组织与性能

用超声气体雾化法制备了一种快凝Ni-Mo-Cr-B合金微晶粉末,使用常规的等离子喷涂工艺可以将该粉末沉积在金属基体上形成一个致密的涂层。该涂层具有较高的结合强度和硬度,在不同的腐蚀介质中显示出较好的耐蚀性和耐磨性.经X射线衍射,差热分析和透射电镜做的微晶结构分析表明,快凝镍基微晶粉末经过等离子喷涂后发生了非晶转变,所获得的非晶涂层具有较高的热稳定性,在600℃以下的温度范围内不发生晶化过程,与此同时对比了同一种粉末采用氧乙炔火焰喷涂的不同工艺后涂层力学性能的差别。     

碳钢表面等离子喷涂Cr_2O_3涂层及其耐腐蚀性能

利用等离子喷涂技术在45~#钢表面喷涂Cr_2O_3涂层。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法表征了涂层的微观形貌、表面元素组成以及相结构;测量了涂层的显微硬度;采用CS300P型电化学工作站检测了Cr_2O_3涂层的耐蚀性能。结果表明,在45~#钢表面等离子喷涂Cr_2O_3涂层的厚度约为100μm,相成分主要是Cr_2O_3;显微硬度值达到莫氏9级;喷涂Cr_2O_3涂层后的试样腐蚀速率显著降低,耐蚀性能明显提高。     

电热爆炸定向喷涂Stellite 6合金涂层

采用电热爆炸定向喷涂工艺在45号钢基体上制备stellite6合金涂层。借助光学显微镜，扫描电镜和图像分析软件等对涂层厚度均匀性、孔隙率，显微组织、晶粒度以及涂层基体界面结合情况进行了分析。借助显微硬度仪对涂层的硬度进行了测试。对不同尺寸喷涂材料所得涂层进行了比较。结果表明，两种不同尺寸喷涂材料制备的涂层组织晶粒均大大细化，涂层孔隙率都比较低；小截面积的喷涂材料制备涂层的厚度均匀性好于大截面的喷涂层；涂层与基体界面结合良好，在界面附近发生了扩散现象；涂层硬度均远远高于原始stellite6喷涂材料硬度，最高分别达到997HV和738HV，为原始硬度的2～3倍。且小尺寸喷涂材料涂层硬度高于大尺寸喷涂材料涂层硬度。     

爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层的组织及硬度研究

为了研究热喷涂工艺对爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层组织和硬度的影响规律,采用三种爆炸喷涂工艺参数在Q235A低碳钢基体上制备涂层,借助XRD、SEM和OM等技术手段对粉末和涂层的组织结构进行分析,并检测涂层横截面的孔隙率和显微硬度.结果表明,用于喷涂的Al65Cu20Cr15准晶粉末中含有二十面体准晶相i-Al65Cu24Cr11和极少量具有单斜结构的晶体相θ-Al13Cr2(即Al83Cu4Cr13);而爆炸喷涂涂层中除i和θ两相外,生成了新相--体心立方结构的α-Al69Cu18Cr13(准晶i的晶体类似相)和Al203相.涂层呈典型层状结构,其它条件不变的情况下,涂层中各晶体相与准晶相i最强峰衍射强度的比值α/i、θ/i和Al2O3/i随爆炸喷涂工作气体流速的成比例提高而增加,同时涂层截面的孔隙率下降而显微硬度HV0.1升高.     

超音速等离子喷涂Mo-W涂层的力学性能

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo-W合金涂层,利用场发射扫描显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计分析测试了涂层组织、硬度,利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了磨损载荷及频率对Mo-W合金涂层摩擦学性能的影响。结果表明:质量比为3:1的Mo、W机械混合粉喷涂后涂层中Mo、W元素质量比接近3:1。涂层组织致密,与基体结合为机械结合,表面平均显微硬度为563.2 HV0.1。Mo-W涂层的显微硬度、耐磨性和减摩性比基体45CrNiMoVA钢有所提高,且载荷越大,涂层的耐磨性和减摩性优势越明显。Mo-W涂层与Si3N4陶瓷的摩擦磨损机制以磨料磨损和氧化磨损为主。当磨损载荷变大和磨损频率变高时,疲劳剥落磨损表现明显。     

稀土对电沉积Ni-W合金组织和性能的影响

通过电沉积技术在45~#钢基体表面上制备了Ni-W-Er_2O_3复合镀层,利用SEM、EDS及XRD等分析了镀层的组织结构和表面形貌,采用磁性厚度仪、显微硬度计、电化学工作站等测试手段对合金镀层的厚度、显微硬度以及耐蚀性能进行了精确测定。结果表明:所制备的合金镀层组织致密,晶粒细小,未见有明显缺陷存在,镀层与基体结合良好;稀土氧化物Er_2O_3的加入可以保证基体材料获得高硬度、高W含量且具有良好耐蚀性能的Ni-W-Er_2O_3复合镀层,且当添加量为16 g/L时,其综合性能最优。     

NiCrBSiWCe合金粉末喷熔层滑动磨损特性研究

采用热喷熔方法在45钢表面制备了NiCrBSiWCe合金粉末喷熔层,在SRV磨损试验机上进行小振幅滑动磨损试验研究.结果表明,NiCrBSiWCe合金喷熔层的摩擦磨损性能明显高于SAE52100钢.在较低载荷和滑动速度较低下,小振幅滑动磨损机理为磨损表面的划痕、裂纹和疲劳脱层.而在较高滑动速度下,小振幅滑动磨损机理为磨损表面的氧化磨屑层的形成,含稀土的磨屑层阻碍了喷熔层小振幅滑动磨损.     

冷喷涂辅助原位合成FeCoxCrAlCu高熵合金涂层组织性能研究

利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45_^#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCo_xCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大;随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV;合金涂层中最小的摩擦系数为0.361;在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45_^#钢基体具有较正的自腐蚀电位(E_corr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。     

活性燃烧高速燃气喷涂WC-CoCr涂层的微观组织及性能

利用活性燃烧高速燃气(AC-HVAF)喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢表面制备了WC-CoCr涂层,并利用XRD、SEM、滑动磨损以及电化学试验分析了涂层的微观组织以及耐磨耐蚀性.结果表明,涂层具有优异的微观结构以及良好的耐磨耐蚀性.XRD分析未发现其他喷涂技术普遍存在的W2C以及W相,AC-HAVF喷涂技术可以有效抑制WC的分解;涂层致密且与基体结合良好,孔隙率仅为0.75%.滑动磨损试验表明,涂层具有很低的磨损率.其主要原因为涂层硬度极高、WC颗粒细小和没有W2C相.电化学试验表明,WC-CoCr涂层的耐蚀性优于基体0Cr13Ni5Mo不锈钢,Cr的加入、W的缺少以及孔隙率低是WC-CoCr涂层耐蚀性优异的重要原因.     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在NaOH 溶液中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能

目的 分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法 利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境腐蚀性能试验台、电化学分析仪、冲蚀腐蚀磨损试验机、电子天平、扫描电子显微镜,分别对组织结构、显微硬度、碱性环境下耐蚀性能、耐冲蚀腐蚀磨损性能、冲蚀腐蚀磨损损失质量及表面形貌进行测试。结果 Cr3C2-NiCr涂层呈典型层状结构,内部随机分布着孔隙及氧化物,涂层孔隙率及显微硬度平均值分别为1.3%和817HV0.1。在pH=11的NaOH溶液中,涂层的电化学腐蚀电位为-0.38 V,腐蚀反应生成的氧化物可有效阻止腐蚀继续进行,长期浸泡过程中,腐蚀介质通过裂纹或穿透性孔隙渗入涂层内部直至基体表面,并发生腐蚀反应,形成的腐蚀产物逐渐累积并排出至涂层表面,最终形成体积较大且呈团絮状的腐蚀产物。在碱性腐蚀环境下,腐蚀介质加剧冲蚀磨损中的材料消耗。相同条件下,涂层腐蚀冲蚀磨损损失质量明显小于基体材料,涂层的冲蚀腐蚀磨损失效机制主要有腐蚀产物脱落、硬质颗粒剥落、粘结相磨耗、缺陷处因疲劳裂纹整体脱落。结论 在碱性环境中,Cr3C2-NiCr涂层具有较强的耐腐蚀性能,腐蚀介质能加快涂层冲蚀磨损进程,磨损后表面为非光滑表面,使涂层具有较优的抗冲蚀磨损性能,故Cr3C2-NiCr涂层可显著改善基体表面的综合使用性能。     

大气等离子喷涂制备Fe基非晶涂层及微观结构表征

选用Fe-10W-4Cr-3Ni-2Mo-4B-4Si-1C(质量比)合金粉末作为喷涂原料,采用大气等离子喷涂工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢基底上制备了Fe基涂层。利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌;用Olycia m3分析软件对涂层的孔隙率进行测定;用热分析系统对喷涂粉末和涂层从室温到1 173K范围的DSC曲线进行记录;同时,测定了涂层的显微硬度和结合强度。结果表明:大气等离子喷涂制备的Fe基涂层与基底的结合良好,涂层较为致密并且存在灰色氧化带组织,表现出典型的层状组织结构;涂层不但具有低的表面粗糙度和孔隙率,而且具有高的显微硬度和结合强度;所制备涂层中的非晶含量约为89.2%(质量分数),涂层中形成的晶相组织为纳米晶结构。     

Production of Annealed Cold-Sprayed 316L Stainless Steel Coatings for Biomedical Applications and Their in-vitro Corrosion Response

316L powders were successfully deposited onto Al5052 aluminium substrates by cold spray method. Annealing was treated on the coated samples at 250–1000°C temperatures under Ar atmosphere. The in vitro performances of the coatings have been compared with using electrochemical corrosion test technique in the simulated body fluid (SBF) at body temperature (37°C). A scanning electron microscope (SEM-EDS) and X-ray diffraction (XRD) have been used for microstructural characterization and phases identifications of the coatings, respectively. The results were shown that there are high adhesions at particle and substrate interfaces and between the particles deposited as well. Also, the increasing annealing temperature increases corrosion resistance of the cold sprayed 316L stainless steel coatings. The corrosion susceptibility of the coating annealed at 1000°C was similar that of standard 316L stainless steel implant material in Ringer’s solution. The microstructural observations revealed that corrosion starts between the inter-splat powders and continues throughout the surface not in-depth.     

Effect of Particle and Carbide Grain Sizes on a HVOAF WC-Co-Cr Coating for the Future Application on Internal Surfaces: Microstructure and Wear

The use of nanoscale WC grain or finer feedstock particles is a possible method of improving the performance of WC-Co-Cr coatings. Finer powders are being pursued for the development of coating internal surfaces, as less thermal energy is required to melt the finer powder compared to coarse powders, permitting spraying at smaller standoff distances. Three WC-10Co-4Cr coatings, with two different powder particle sizes and two different carbide grain sizes, were sprayed using a high velocity oxy-air fuel (HVOAF) thermal spray system developed by Castolin Eutectic-Monitor Coatings Ltd., UK. Powder and coating microstructures were characterized using XRD and SEM. Fracture toughness and dry sliding wear performance at three loads were investigated using a ball-on-disk tribometer with a WC-Co counterbody. It was found that the finer powder produced the coating with the highest microhardness, but its fracture toughness was reduced due to increased decarburization compared to the other powders. The sprayed nanostructured powder had the lowest microhardness and fracture toughness of all materials tested. Unlubricated sliding wear testing at the lowest load showed the nanostructured coating performed best; however, at the highest load this coating showed the highest specific wear rates with the other two powders performing to a similar, better standard.     

激光原位合成TiB2-TiC颗粒增强铁基涂层

采用B4C,TiO2,石墨以及铁基粉末为激光熔覆材料,利用激光多道搭接熔覆技术在碳钢基体上制备TiB2-TiC颗粒增强铁基复合涂层．利用XRD,SEM对涂层的相结构和显微组织进行了研究．采用显微硬度计和滑动磨损试验机分别测试了涂层的硬度和耐磨性能．结果表明,激光熔覆过程B4C,TiO2和石墨反应生成了TiB2和TiC颗粒,并均匀分布在基体中．随着激光功率密度增加,涂层中TiC含量减少,甚至出现FeB脆性相．TiB2-TiC颗粒增强的涂层其硬度和耐磨性能优于基材45钢．