Design and Characterization of SMAT-MAO Composite Coating and Its Influence on the Fatigue Property of 2024 Al Alloy

在2024铝合金表面制备纳米化-微弧氧化复合涂层,该复合涂层由底层纳米晶层及顶层陶瓷涂层构成。采用XRD、TEM和SEM研究了复合涂层的微观组织结构,并研究了表面处理对铝合金基体疲劳寿命的影响规律。顶层陶瓷涂层厚度分别为5和10μm的复合涂层试样的疲劳寿命分别提高了21.9%和23.2%,疲劳性能的改善是基体合金靠近涂层区域的纳米晶结构及残余压应力共同作用的结果;当顶层陶瓷涂层厚度增加到15μm时,由于涂层表面较大的孔径及涂层内部存在的微裂纹,导致疲劳寿命降低。     

LY12铝合金微弧氧化涂层组织结构对基体疲劳性能的影响

在硅酸盐体系电解液中于铝合金表面制备出不同厚度的微弧氧化涂层,研究涂层厚度对基体疲劳寿命的影响,并揭示疲劳损伤机制.采用XRD、SEM、EDS等分析手段分析涂层的物相与组织结构.用810 Material Test System 疲劳试验机评价涂层试样的疲劳寿命.结果表明,铝合金微弧氧化涂层主要由γ-Al_2O_3和a-Al_2O_3组成,涂层内层致密,表面多微孔.随氧化时间延长,涂层厚度增大,但表面粗糙度增加.疲劳测试结果表明,微弧氧化涂层会降低基底铝合金的疲劳寿命,涂层厚度增加,疲劳寿命下降显著.相对于基体铝合金,涂层厚度为10,18,30 mm的试样,疲劳寿命分别下降了4.4%,8.5%,32.2%.疲劳断口分析认为,涂层局部过度长入基体产生缺陷部位,在循环载荷作用下,容易产生应力集中,从而萌生疲劳源,使铝合金的疲劳寿命下降.     

硬质合金工具的耐磨金刚石涂层

为了改善硬质合金刀具的耐磨性，采用U．S．E^TM工艺生产了高性能的多晶金刚石涂层。通过对WC-6Co％基体表面进行了预处理使得金刚石涂层与基体通过机械夹持作用产生很强的粘附力。用气蚀试验研究了微米结构和纳米结构的多晶金刚石膜的磨损性能。研究了金刚石结构(形态、晶拉度和晶粒取向、粗糙度)、涂层厚度以及涂层与界面之间的粘附性能对磨损机理的影响。在金刚石涂层工具的寿命和使用性能方面，纳米晶金刚石结构在工业应用上显示了很大的潜力。具有平滑表面的纳米结构金刚石比微米结构金刚石更适合做合适的基体(甚至形状复杂的预成形件)的涂层材料。通过增加涂层厚度，强度和断裂韧性等综合性能较好的薄膜(3μm)其优异的耐磨性能进一步提高。     

喷丸对2024铝合金厚板DFR疲劳性能的影响

对2024-T351铝合金厚板表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理。采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计等,研究了喷丸强化对铝合金表面残余应力场、表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:喷丸强化能提高2024铝合金厚板的疲劳性能;与合金基体相比,喷丸后DFR截止值和DFR基础值均提高,DFR截止值受取样方向影响不大;喷丸后样品表面形成的硬化层厚度约150μm;残余压应力对疲劳小裂纹扩展速率的降低是疲劳寿命延长最主要的原因。     

高韧性过渡层对大气等离子喷涂热障涂层性能的影响EI北大核心CSCD

高温服役环境下,大气等离子喷涂(APS)制备的纳米结构热障涂层受热应力作用,黏结层/陶瓷层界面附近的陶瓷层内部易形成横向裂纹而导致热障涂层失效。利用常规大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂(SAPS)制备8YSZ高韧性过渡层。结果表明,采用APS和SAPS制备的高韧性过渡层提高了扁平化粒子间结合状态和涂层致密度,相比常规结构8YSZ涂层的断裂韧性分别提高约46%和84%,高韧性过渡层均提高了复合结构热障涂层结合强度、抗热震性能和燃气热冲击寿命,SAPS制备的高韧性过渡层厚度为30~50μm时复合结构热障涂层抗热震性能最优,当高韧性过渡层厚度为10~30μm时,相比常规结构热障涂层燃气热冲击寿命提高120%。在温度梯度作用下,热障涂层最终失效由陶瓷层逐层剥落转变为靠近陶瓷层/黏结层界面处剥落。通过高韧性过渡层设计,兼顾热障涂层的隔热性能的同时,提高了热障涂层的结合强度和寿命。     

喷丸处理和微弧氧化对TC4合金组织和疲劳性能的影响

通过喷丸处理(SP)在TC4钛合金表面制备强化过渡层,再采用微弧氧化(MAO)制备出喷丸+微弧氧化(SP+MAO)涂层。对比研究TC4钛合金表面微弧氧化涂层及喷丸+微弧氧化涂层的显微结构、相组成和疲劳性能。结果表明:喷丸处理后,材料表面粗糙度上升。位错不断增殖、积塞直至发生交割而起到表层晶粒细化的作用,距表面深度为5μm处硬度达最大值472.84HV_(0.1)、提高了40%,表层残余压应力从基体的-98.8 MPa提升到-548.9MPa。相比微弧氧化涂层,喷丸+微弧氧化涂层表面粗糙度由0.54μm上升到0.79μm,平均厚度从4.1μm增加至12.6μm。喷丸+微弧氧化试样的疲劳寿命为13321周次,远高于微弧氧化试样的疲劳寿命3638周次,略高于原始试样疲劳寿命13067周次。这表明采用喷丸作为预处理可以改善微弧氧化工艺对试样疲劳性能的影响。     

粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂+大气等离子喷涂工艺,在K403高温合金表面制备不同层厚比的NiCrA-lY/纳米7YSZ热障涂层,研究了涂层厚度变化对热障涂层表面粗糙度、结合强度、热震性能和热循环寿命的影响规律。结果表明:当粘结层厚度一定时,随着陶瓷层厚度的增加,其表面粗糙度增加,涂层结合强度下降;当粘结层厚度为50μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加而降低,粘结层厚度提高至100μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加先提高,后降低,热障涂层在1100℃的热循环寿命测试结果也基本对应这一规律;当粘结层厚50μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(1～2)∶1的范围内,或者粘结层厚100μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(2～2.5)∶1范围内时,热障涂层具有较优异的性能。     

表面机械研磨处理2024铝合金表面纳米晶层和含铁层对摩擦学行为的影响机制研究（英文）

采用表面机械研磨处理技术,选用陶瓷球和钢球作为弹射介质,在2024铝合金表面分别制备出纯净的纳米晶层和含铁纳米晶层。表面机械研磨处理前后2024铝合金摩擦磨损性能在载荷为1.5 N的条件下与直径为5 mm的GCr15钢球对磨进行了研究。结果表明,表面机械研磨处理30 min后,陶瓷球处理铝合金表面纳米晶层平均晶粒尺寸达到49.2 nm,钢球处理铝合金表面纳米晶层平均晶粒尺寸细化到52.1 nm。此外,采用钢球作为弹射介质进行表面机械研磨处理在纳米晶表层引入了厚度约为5μm的含铁层。在晶粒细化、硬度增加和含铁层的润滑作用共同作用下,2024铝合金的耐磨性能得到显著改善。     

等离子体增强磁控溅射制备TiAlVSiCN涂层的抗冲蚀性能

目的 提高不锈钢基体的抗固体颗粒冲蚀性能.方法 在不锈钢基体表面,通过等离子体增强磁控溅射系统(PEMS),采用不同偏压工艺制备TiAlVSiCN纳米复合涂层.通过SEM、HRTEM观察涂层的微观形貌与组织,利用XRD、SAD分析涂层的物相组成与晶体结构,并通过划痕仪、纳米硬度计以及冲蚀试验机探究不同工艺涂层的结合强度、纳米硬度以及抗冲蚀性能差异.结果 采用PEMS制备出一系列不同偏压条件下的TiAlVSiCN涂层,涂层组织致密,呈柱状,主要包括纳米晶Ti(Al,V)(C,N)相和非晶相.偏压显著影响涂层的晶粒尺寸和非晶相分布,高偏压下的涂层主要由20～50 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶及其周围弥散分布的非晶相组成,而低偏压下的涂层主要由100 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶和连续分布的非晶相组成.高偏压下制备的涂层厚度超过20μm,纳米硬度可达(34.6±14.1)GPa,具有优良的结合强度(>65 N)和抗冲蚀性能,其抗冲蚀性能相比不锈钢基体提高近8倍.结论 通过与偏压参数的匹配控制,PEMS可有效调控纳米复合涂层的组织结构,实现硬度与弹性模量的良好匹配,制备出具有优良抗冲蚀性能、厚度达到20μm以上的TiAlVSiCN纳米晶-非晶复合涂层.     

阳极氧化处理对2014-T6铝合金弯曲疲劳性能的影响

对2014-T6铝合金疲劳试样的缺口部位进行了阳极氧化处理,表面氧化层厚度分别为5,10和20μm.通过旋转弯曲疲劳试验机对阳极氧化处理前后的疲劳试样进行了疲劳实验.分析了阳极氧化处理对该铝合金材料弯曲疲劳性能的影响,并讨论了该材料的弯曲疲劳性能随着表面氧化层厚度增加的变化趋势.结果表明,在中低应力下,阳极氧化处理降低该铝合金材料的弯曲疲劳寿命;随着氧化层厚度增加,疲劳裂纹起始位置从氧化层表面转移到铝合金基体表面,材料的弯曲疲劳寿命降低,但厚度增加到一定程度,材料S-N曲线的倾斜部分随着氧化层厚度的继续增加基本保持不变.     

纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层耐磨耐蚀性能研究

采用双阴极等离子溅射技术在TC4合金表面制备了纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层。利用XRD、SEM和TEM研究了复合涂层的微观组织特征,利用纳米压入和声发射划痕仪考察了复合涂层的硬度、弹性模量以及涂层与基体的结合力。结果表明：纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层由外层厚度为7 μm的NiSi2沉积层和其下3 μm厚的Ti5Si3扩散层组成,沉积层的平均晶粒尺寸约为40 nm,而扩散层的平均晶粒尺寸约为70 nm,且存在大量的栅栏状孪晶。纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层硬度呈梯度分布,与基体具有较高的结合强度,其结合力为49 N。纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层的比磨损率较TC4合金降低一个数量级以上,且对载荷和温度不具敏感性。与TC4合金相比,纳米晶NiSi2/Ti5Si3复合涂层的腐蚀电流密度降低了两个数量级,且具有更大的容抗弧值     

渗硼+两步处理硬质合金微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

研究了固体粉末渗硼＋碱酸两步预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度。实施优化的微米．纳米为0．1402μm金刚石复合涂层沉积工艺，得到表面平整、光滑、平均粗糙度的优质金刚石复合涂层。该涂层与基体附着力高，压痕测试其临界载荷大于1500N，金刚石复合涂层刀具加工ZAlSi12合金试验表明其切削寿命是无涂层刀具的41倍。     

铝合金 TIG 焊接接头喷射式微弧氧化腐蚀疲劳性能研究

目的研究铝合金TIG焊接接头经喷射式微弧氧化后对腐蚀条件下疲劳寿命的影响,为延长焊接接头的使用寿命提供一种有效的方法。方法采用TIG焊对5083铝合金进行焊接,观察焊接接头的组织结构,测试焊接接头的显微硬度距焊缝中心的分布情况;通过喷射式微弧氧化方法处理焊接接头,考察陶瓷层的生长曲线和截面纳米硬度;在最大载荷量为7,8,9 k N的条件下,分别对微弧氧化处理与未处理的焊接试样预腐蚀168 h后进行等幅拉伸疲劳实验,对比两种试样拉断时的循环次数。结果铝合金焊接接头呈现不均匀性,微弧氧化后接头陶瓷层均一性较好;陶瓷层厚度增长呈现先快后慢的趋势,表面粗糙度与厚度相关,呈近似线性增长;7,8,9 k N的载荷下,未处理的焊接接头相比于喷射式微弧氧化的接头,疲劳寿命分别降低50.7%,58.3%,64.9%。结论采用喷射式微弧氧化处理可改善铝合金TIG焊接接头的表面状态,阻隔外界腐蚀介质对焊接基体的侵蚀,提高其在预腐蚀和交变应力条件下的疲劳寿命,延长结构零件的使用寿命。     

7A55铝基表面微区等离子烧结复合 陶瓷涂层的工艺与机理

目的 通过优化电解液配方和电参数输出模式,得到改性微弧氧化新工艺,制备出综合性能优良的SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层。方法 采用碱性硅酸盐体系电解液为诱发起弧剂,加入80~150 mL/L的碱性硅溶胶溶液和60~80 g/L蔗糖等成分为辅助添加剂,同时在电参数中加入负电参数,在7A55铝合金基体表面完成了SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层的制备。采用SEM和EDS等测试方法分析了复合陶瓷的微观形貌和组成元素,并与制备单一Al2O3陶瓷涂层的微弧氧化工艺进行对比,分析新工艺的成膜机理。结果 改性新工艺能够在7A55铝合金基体表面制备出SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层,厚度达到100 μm以上,其制备效率相比微弧氧化制备单一Al2O3陶瓷涂层提高了2~3倍。复合陶瓷涂层由表及里,Al2O3含量增加,SiO2含量减少,表面呈致密的球形颗粒状,没有单一Al2O3陶瓷涂层的微裂纹和大量烧蚀孔洞。新工艺除了微区放电形成微区等离子弧烧结,得到Al2O3陶瓷涂层外,还有SiO2的吸附沉积,为吸附与烧结综合作用过程。结论 加入含纳米SiO2的碱性硅溶胶等成分改性电解液,有利于改善陶瓷涂层结构,提高致密性。     

涂层厚度对火焰热喷涂件拉压疲劳性能的影响

为了研究不同涂层厚度对热喷涂件疲劳性能的影响,应用火焰热喷涂技术在40Cr基体上制备出不同厚度的Ni60A自熔性粉末合金涂层.采用XRD、SEM、EDX等分析手段分析涂层表面的物相与断口微观组织结构.用电液伺服高频疲劳试验机测试喷涂试样及基体试样的疲劳寿命.结果表明:对所设计试样而言,其合理的涂层厚度为0.25 mm;在2 min时间长度的重熔保温后,Ni60A涂层表面主要由Cr7C3、Ni、Cr3Ni5Si2、CrB、Ni3B等相组成;涂层厚度合理时,涂层表面及界面相对于涂层中间部分承受较大的轴向拉压载荷,热喷涂件的拉压疲劳寿命在合理的重熔条件下,高于基体试样的疲劳寿命;当涂层厚度大于0.25 mm时,热喷涂件的拉压疲劳寿命随厚度的增加而呈现总体下降的趋势,热喷涂件的拉压疲劳寿命与涂层中非金属颗粒及孔隙的数量及平均大小密切相关.     

冷喷涂铁基非晶复合涂层的制备、微观组织及摩擦性能

采用液氮-室温循环深冷处理工艺方法对Fe87.4Cr2.5Si6.8B2.4C0.9非晶合金粉末进行预处理,通过调控冷喷涂工艺参数,成功在6061铝合金基体表面制备非晶涂层。同时研究了深冷处理工艺对非晶粉末沉积行为以及涂层微观组织的影响机理,通过摩擦磨损试验研究非晶合金涂层的摩擦磨损性能。结果表明:使用原始非晶粉末制备得到的涂层厚度仅为6μm,且非晶颗粒在基体表面不连续分布,只有粒径较小的非晶颗粒可发生有效的塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较低;使用经过深冷预处理的非晶粉末制备的涂层平均厚度为67μm,且涂层内非晶合金颗粒分布均匀,粒径较大的非晶颗粒也可发生有效塑性变形,但是粉末沉积过程中晶化率较高。在摩擦磨损过程中6061铝合金基体的主要磨损机制为粘着磨损与疲劳磨损,非晶涂层的主要磨损机制为磨粒磨损,且使用原始非晶粉末和循环深冷处理粉末制备得到的非晶涂层的质量磨损量较低,分别为6061铝合金基体质量磨损量的15.7%、11.8%。     

基材硬度和涂层厚度对AlCrN多元复合纳米硬质涂层硬度的影响

采用真空阴极多弧离子镀技术制备了Al Cr N多元复合纳米硬质涂层,利用洛氏硬度计、划痕仪、HV显微硬度计、球磨仪、扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪检测并分析了涂层膜基结合力、显微形貌、相结构以及基体硬度、涂层厚度对涂层硬度的影响。结果表明,涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,随着涂层厚度的增加,膜基结合强度提高。涂层表面成波纹状,有少量大颗粒,涂层内部呈Na Cl结构,含有大量呈柱状形式生长的面心立方的c-Cr N相和c-Al N相,择优取向均为(200)。同等基体硬度时,涂层厚度的增加有利于涂层硬度的提高,最佳涂层厚度为3.5~5.0μm。同等涂层厚度时,涂层硬度随着基体硬度的增加而增加,当涂层厚度低于4.0μm,基材硬度是影响涂层塑性变形抗力的主要因素。     

激光原位制备TiN/Al复合涂层及其抗冲蚀性能

表面处理是提高钛合金抗冲蚀性能的重要途径。采用激光氮化涂层过程中同步送Al粉的方法,在Ti6Al4V合金表面制备了一层均匀的TiN/Al复合涂层,涂层内没有微观裂纹和孔洞。研究结果表明:激光扫描速度对复合涂层的微观结构、硬度及抗冲蚀性能有着重要的影响。随着激光扫描速度的增加,复合涂层的厚度降低。在复合涂层最表面存在一层平均厚度大约为2~3μm的连续的氮化物陶瓷层,涂层内部存有大量的枝状晶组织。复合涂层的微观硬度和抗冲蚀性能明显高于Ti6Al4V合金基体。当激光扫描速度从240 mm/min升高到720 mm/min时,涂层表面的微观硬度从1 600 HV_(0.1)降低到1 200 HV_(0.1),而且涂层的冲蚀失重也逐渐降低。这主要是因为随着激光扫描速度的降低,由于反应时间的增加,导致涂层中TiN硬质相的含量也在增加。     

铝合金表面等离子喷涂制备Al/SiC复合涂层（英文）

对铝合金表面等离子喷涂制备Al/SiC复合涂层进行了研究,探索了SiC体积分数对复合粉末的沉积行为以及Al/SiC复合涂层性能的影响规律。研究发现,在等离子焰流中,纯SiC发生降解和氧化。SiC含量越高,等离子喷涂沉积Al/SiC复合涂层越困难,纯SiC沉积后与基体粘结层之间存在裂纹;SiC含量越高,Al/SiC复合涂层硬度越高。Al/SiC(50:50)复合涂层厚度70μm,显微硬度达到3690 MPa,对铝合金表面起到强化效果。     

等离子束表面冶金原位颗粒增强TiC复合超厚涂层研究

采用等离子束表面冶金技术,在低碳钢基体上制备出原位析出的TiC颗粒增强铁基复合超厚涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、金相显微镜、显微硬度计及磨损试验分析测试了涂层的相、组织、成分及性能。结果表明:表面冶金涂层厚度可达3.0mm,无裂纹、气孔等缺陷。组织为γ-(Fe,Ni)枝晶、M23C6、CrB及原位合成的TiC陶瓷颗粒,TiC大部分呈球状,尺寸为1～2μm,与基体呈良好的冶金结合。由于颗粒强化、细晶强化和弥散强化等多种强化作用,显著提高了Q235钢的显微硬度及耐磨性能。