氧化镧掺杂对等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2涂层组织和耐磨性能的影响

在45#钢基体上大气等离子喷涂制备了Al2O3-40%TiO2(AT40)以及添加不同含量La2O3稀土的陶瓷涂层,利用X射线衍射和扫描电镜对涂层的组织结构和形貌进行了研究,并分析了涂层的显微硬度和磨损性能.研究结果表明:添加稀土的AT40涂层主要是由Al2O3、Al2TiO5和LaAl11O8相组成.基体与粘结层以及陶瓷层与粘结层之间形成良好的机械结合界面.添加稀土的涂层孔隙率降低,显微硬度和断裂韧性略有增加.在相同的摩擦磨损试验条件下,稀土/AT40涂层比AT40涂层具有更好的耐磨性,磨损机制都主要是脆性剥落磨损和粘着磨损.     

灰铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合涂层的组织及耐磨性

采用铸造反应合成技术在灰铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合涂层材料,对复合涂层的显微组织、硬度和耐磨性进行了研究。结果表明:Al-Ti-C体系完全反应后可制备出纯净的TiC/Al3Ti表面复合涂层材料,该表面复合材料组织致密,并随着涂层中TiC含量的增加,材料的硬度有所提高,表面复合涂层的硬度明显高于铁基体的硬度,磨损性能也要优于铁基体,明显改善了铸铁的表面硬度和摩擦性能。       

多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究

采用多靶阴极电弧离子镀系统在硬质合金基体上沉积纳米多层结构的Ti Al Si N硬质涂层,该结构是通过Ti Al N涂层与Ti Si N涂层的交替叠加而制备的。实验同时制备了Ti Al N涂层、Ti Al Si N单层涂层与纳米多层涂层进行性能对比分析,用扫描电镜(SEM)、EDS对涂层结构形貌及成分进行了分析,用划痕法和纳米压痕法分别对涂层的结合力与纳米硬度进行了测试,同时也测试了涂层在不锈钢车削上的性能表现。结果表明,Ti Al Si N纳米多层涂层硬度高达33 GPa,同时在不锈钢车削上以Ti Al Si N纳米多层涂层性能最优,而Ti Al Si N单层涂层性能最差。     

优化TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层摩擦磨损性能的研究

通过研究微喷砂处理和使用TiOCN、ZrCN替代TiN顶层对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层摩擦磨损性能的影响,进一步提高TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN涂层刀具的性能.采用化学气相沉积(CVD)在硬质合金基体上沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN、TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN和TiN/MT-TiCN/Al2 O3/ZrCN多层涂层,并进行微喷砂处理.采用扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的组织结构,采用显微硬度计、划痕测试仪和往复式多功能摩擦磨损实验机(UMT-3)分别对涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行测试.结果 表明:微喷砂处理后,TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层涂层的顶层TiN被完全去除,摩擦系数增大,且涂层发生剥落、疲劳磨损严重,耐磨性下降.经微喷砂处理的TiN/MT-TiCN/Al2 O3/TiOCN涂层硬度最高,磨粒磨损程度最轻,且无明显剥落,耐磨性最好.经微喷砂处理的TiN/MT-TiCN/ Al2O3/ZrCN涂层摩擦系数最小,但硬度低,磨粒磨损严重,且涂层存在明显剥落,耐磨性较差.     

不同温度下沉积TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN复合涂层的物相结构和性能

采用高温化学气相沉积技术,于1 000～1 100℃在WC-6%Co硬质合金基体表面制备了TiN/TiCN/Al2O3/TiN复合陶瓷涂层,研究了复合涂层的物相、表面和横截面形貌、显微硬度、界面结合强度和耐磨损性能。结果表明:沉积温度为1 000℃时,复合涂层中Al2O3层为κ相和α相共存;当沉积温度升至1 050℃和1 100℃时,Al2O3层为单一的α相;1 050℃下沉积复合涂层的表面平整、结构致密,1 000℃沉积复合涂层中的TiCN层存在少量孔洞,1 100℃下沉积复合涂层中TiCN层的柱状晶沿某一方向生长比较明显,较高的沉积温度加速了钛元素向Al2O3层的外扩散;1 050℃下沉积复合涂层的显微硬度最大,为1 828HV,该涂层的耐磨损性能最佳,其与基体间的结合强度最高,临界载荷为135.2N。     

TiC-TiN-TiC-Al_2O_3涂层CP3型硬质合金抗弯强度及其分散性的研究

通过X衍射法对CP3型硬质合金涂覆TiC TiN TiC Al2 O3 四层硬质层的组织结构进行了研究 ,用扫描电镜观察了涂层的断口形貌 ,用划痕法测定了涂层与基体的结合力 ,用三点弯曲法测定了涂覆前、后该硬质合金的抗弯强度 ,并应用Weibull统计方法对该材料的抗弯强度及其分散性进行了分析。研究结果表明 :涂层组织由TiC、TiN和Al2 O3 组成 ,涂层中无发达的柱状晶 ,涂层与基体结合良好 ,涂覆后硬质合金的平均抗弯强度从涂覆前的2 119MPa下降到 15 80MPa ,但其抗弯强度的分散性变化不大     

原位合成TiC/Ni3Al表面复合涂层

采用铸造工艺结合SHS技术制备出TiC/Ni3Al表面复合涂层材料,研究了涂层的物相、组织和界面形态.结果表明:Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,产物为TiC和Ni3Al.表面复合涂层中直径为1～3 μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,且随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大、分布更均匀、涂层更致密;涂层与钢基体界面为良好的冶金结合,界面随TiC含量的变化而呈现出不同的形貌,在w(TiC)<45%时,涂层为一整体,从涂层到界面处Ni、Al、Ti、Fe元素呈梯度变化;在w(TiC)≥45%时,涂层出现了分层现象.     

Ni60-TiO_2-Al-B_4C-C合金激光熔覆涂层的组织及性能

以Ni60、TiO2、B4C、C、Al粉为原料,利用激光熔覆技术在45#号钢表面原位合成制备了TiC/TiB2增强的复合涂层,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计对涂层组织进行测试分析。结果表明:复合涂层内部无裂纹、气孔等缺陷,与基体呈冶金结合;其主要物相为Ni3(Al,Ti)、TiC、TiB2、(Fe,Cr)7C3和α-Fe;激光熔覆过程中原位合成的块状TiC和六边形状TiB2增强相弥散分布在复合涂层中,明显提高了熔覆层显微硬度;涂层显微硬度呈梯度分布,最大可达767Hv0.2,约为基材显微硬度的3倍。     

模具钢表面Co/TiC熔覆层的组织与高温磨损性能

利用6 kW横流CO2激光器制备了Co50熔覆层和不同成分配比的Co/TiC复合涂层来改善H13模具钢表面的热磨损性能.借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计和高温摩擦磨损试验机分析了涂层的结合特征、物相组成和不同温度下的摩擦磨损性能.结果表明,当预置层粉末TiC含量(重量百分比)小于等于20％时,熔覆层与H13钢基材呈良好的冶金结合;随着TiC含量的增加,Co/TiC复合涂层截面平均显微硬度呈上升趋势,但涂层中基体相种类减少:Co+10％TiC涂层由TiCo3、Cr2Ni3和Cr-Ni-Fe-C组成,Co+20％TiC涂层由Cr2Ni3和γ-Co组成,Co+30％TiC涂层为γ-Co固溶体.Co+ 20％ TiC涂层的高温耐磨性比C050涂层显著提高,摩擦系数平稳;700℃时复合涂层的磨损机制主要为氧化磨损和疲劳磨损.结果显示Co+20％TiC涂层具有良好的综合性能.     

w(Ti+B4C+C)/w(Ni60A)对等离子熔覆镍基复合涂层结构与性能的影响

以Ni60A合金粉、钛(Ti)粉、石墨(C)粉和B4C粉为原料,其中w(Ti+B4C+C)/w(Ni60A)(w为质量分数/％)分别为0:100,10:90,20:80,30:70,采用反应等离子熔覆技术在304不锈钢表面制备镍基复合涂层,研究了w(Ti+B4C+C)/w(Ni60A)对涂层成形性、显微组织、硬度和耐磨性能的影响.结果表明:添加Ti+B4C+C的镍基复合涂层与基体呈冶金结合,且主要由(Ni,Fe)、CrB、TiC和Cr3Si相组成;增大w(Ti+B4C+C)/w(Ni60A)会增加强化相析出量,降低成形性;CrB在涂层中下部呈灰黑色细长条状,在上部呈细小块状或棒状,TiC主要以细小颗粒弥散分布于涂层中;当w(Ti+B4C+C)/w(Ni60A)为20:80时,涂层综合性能较优,平均显微硬度最高(948HV),磨痕截面面积约为纯Ni60A合金涂层的1/5;镍基复合涂层主要发生黏着磨损和氧化磨损.     

复杂形状钛管件内表面氧化铝涂层综合制备新工艺研究

摘要：为提高钛管件的耐腐蚀性能及抗冲刷磨损性能,研究了在具有复杂形状钛管件内表面制备氧化铝陶瓷涂层的新方法。先通过爆炸焊接制备了Ti／Al双金属复合管,再将其成形为复杂管件,接着通过微弧氧化将复合管件的铝层进行陶瓷化处理,从而将铝层部分转化为氧化铝层。采用XRD、SEM对氧化铝层的相组成及形貌进行了分析,并对氧化铝层与基体的结合强度、耐腐蚀性能和耐冲刷性能进行了表征。结果表明：涂层主要由γ-A12O3及α—A1203组成,其中γ-A12O3的厚度约为40／μm,α-A1203。的厚度约为10μm;陶瓷涂层与基体结合力达55N,涂层腐蚀电流比钛基体降低5个数量级。另外,氧化铝陶瓷涂层可以有效地防护基体被冲刷。     

爆炸喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层及其对2Cr10MoVNbN钢疲劳性能的影响

采用爆炸喷涂方法在2Cr10MoVNbN钢基体表面制备了Cr3C2-NiCr涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计、电子拉伸试验机、X射线应力仪、疲劳试验机等分析测试了涂层的缺陷、显微硬度、断裂韧度、结合力、残余应力、疲劳性能等,主要研究了涂层对基体疲劳性能的影响.结果表明:在2Cr10MoVNbN钢基体上采用爆炸喷涂方法制备的Cr3C2-NiCr涂层的孔隙率为0.5%,表面硬度为921 HV,断裂韧度为3.67 Mpa·m1/2,涂层与基体的结合强度为63 Mpa,涂层表面、涂层/基体界面处均处于压应力状态;爆炸喷涂Cr3C3-NiCr涂层明显降低了2Cr10MoVNbN钢基体的疲劳性能,在应力幅小于500 Mpa时,与基体试样相比,涂层试样的疲劳寿命减少了75%以上,疲劳强度下降了134.7 Mpa,涂层试样的疲劳裂纹源出现在涂层/基体界面的Al2O3夹杂物处.     

一种Al2O3基陶瓷刀具的切削性能研究

采用热压工艺制备了一种Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具材料,对其进行了切削性能试验,分析了其切削磨损机理并比较了三种陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,在切削淬硬45^#钢和铸铁时,Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的耐磨性与Al2O3／TiC陶瓷刀具接近,但明显高于Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具;Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的后刀面磨损量随切削速度和背吃刀量的增加而增大。SEM分析发现,在切削淬硬45^#钢和铸铁时Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具后刀面主要磨损形式为磨粒磨损。     

铝合金表面纳米Al2O3-40%TiO2复相陶瓷涂层力学与摩擦学性能

为提高铝合金零部件的耐磨性能,运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备纳米Al2O3-40%TiO2(NAT40)复相陶瓷涂层,分析该涂层的微观结构,测试其主要力学性能,研究其在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦行为与机制。结果表明:NAT40涂层的显微硬度为638.6 HV0.5,断裂韧度为13.3 MPa.m1/2,与基体的临界结合力达到80.35 N,均高于微米Al2O3-40%TiO2(MAT40)涂层。干摩擦时,随着载荷从3 N增大至12 N,NAT40涂层的摩擦因数从0.20上升至0.32,其磨损失重也从1.3 mg增大到2.2 mg;轻载3 N时,涂层以微观切削磨损为主,而在重载12 N条件下,磨损表面闪温计算值达到541.65℃,导致涂层的强度和硬度下降,磨损机理变为多次塑变磨损、粘着磨损和氧化磨损。在3.5%NaCl溶液摩擦环境中,NAT40涂层在相同载荷条件下的摩擦因数较干摩擦时显著降低,但重载(12 N)时,其磨损失重却比干摩擦时增加22.7%;随着载荷的增加,涂层的磨损机理由疲劳磨损转变为应力腐蚀磨损。     

等离子喷涂Fe3Al-Al2O3陶瓷梯度涂层

用等离子喷涂方法制备了FeAl-Al2O3陶瓷梯度涂层，并对涂层的结合硬度、显微硬度及抗热震性进行了试验研究。结果表明，梯度涂层设计为成分的阶梯过滤，实现了成分和组织的连续梯度变化，没有明显的组织突变和宏观界面，梯度涂层的组织表现出宏观不均匀性和微观连续性的分布特征。其结合强度较高，涂层的显微硬度值在含75％Al2O3的区域达到最高值。基体与涂层的界面是基体-涂层体系中的薄弱环节。FeAl-Al2O3梯度涂层的800℃抗热震性优于Al2O3涂层。     

AZ31B镁合金表面激光合金化Al-SiC涂层制备及其性能研究

针对镁合金表面耐磨性差,采用预置粉末法对AZ31B表面进行激光合金化Al-SiC粉末实验。使用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、摩擦磨损试验机、显微硬度计对合金化涂层的微结构、相组成及性能进行了分析研究。结果表明,强化层与基体呈冶金结合、组织均匀致密;合金化层主要由Mg17Al12、SiC、Mg2Si、Al4C5、Al2O3等相组成。涂层的显微硬度、耐磨损性能都明显高于基体。     

陶瓷涂层刀具切削灰铸铁的试验研究

为了探究陶瓷涂层刀具涂层材质、基体材质对切削性能的影响,试验采用四种陶瓷涂层刀具连续干切削灰铸铁,测试了切削力和切削温度的变化情况以及后刀面的磨损量和已加工表面的粗糙度。结果表明,在刀具基体同为Si_3N_4的条件下,涂层材质为Ti N/Al_2O_3/Ti C的刀具比Ti N/Al_2O_3的切削性能好;在涂层材质同为Ti N的条件下,刀具基体Al_2O_3/Ti CN比Al_2O_3/Ti C的切削性能好。研究发现:四种陶瓷涂层刀具前刀面磨损形式均为微崩刃和月牙洼,后刀面磨损形式均为磨粒磨损和粘着磨损,涂层的磨损形式均为剥落和扩散磨损。     

大气等离子喷涂Ni5Al/Al2O3-3％TiO2复合结构 涂层的显微组织与力学性能

采用大气等离子喷涂(APS)技术在6061铝合金基体表面预制Ni5Al合金黏结层,再在黏结层上喷涂Al_2O_3-3%TiO_2陶瓷层,研究了涂层的物相组成、微观形貌、显微硬度、结合强度、耐磨性能和耐腐蚀性能,分析了其拉伸断裂机理。结果表明:陶瓷层的物相主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和锐钛矿型TiO_2组成;黏结层与基体以及黏结层与陶瓷层均形成了机械结合,但黏结层与基体的结合界面更致密;与基体相比,涂层的显微硬度更高、耐腐蚀性能和耐磨性能更优;涂层的结合强度低于黏结层的,其拉伸断裂位置多在黏结层和陶瓷层之间的界面处以及陶瓷层内部,界面处的拉伸断裂形式为混合断裂,黏结层上的为韧性断口,陶瓷层上的为脆性断口。     

基体负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响

采用真空多弧离子镀技术,使用Cr30Al70(原子分数)复合靶,在不同的基体负偏压下,在不锈钢基体上制备了一系列CrAlN涂层;采用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和划痕仪等系统分析了涂层的成分、表面形貌、相结构、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能和界面结合性能。结果表明:随着负偏压的增大,涂层中x(Cr)/x(Cr+Al)的比值先增大后减小,当负偏压为150V时,该值达到最大,并与靶材成分接近;基体负偏压为200V时,涂层的表面粗糙度最大,涂层结晶度、硬度最佳,晶体相为固溶铬的面心立方AlN;涂层的摩擦磨损性能不仅与涂层的表面粗糙度相关,还与涂层非晶相中铝元素的含量以及涂层的内应力大小密切相关;界面过渡层制备工艺相同时,基体偏压对涂层和基体之间的界面结合性能影响较小。     

等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2/MoS_2陶瓷减摩耐磨涂层的结构与性能研究

采用等离子喷涂技术在钛合金表面制备Al2O3-TiO2陶瓷涂层,并用MoS2均匀填充涂层表面空隙,在TE66微磨粒磨损试验机上对涂层的摩擦学性能进行系统研究,利用扫描电镜、光学显微镜对涂层的表面形貌、元素构成、膜层厚度和磨斑形貌进行分析,并采用显微维氏硬度计和划痕试验机对涂层的显微硬度和结合强度进行测试。结果表明:涂层与基体之间的结合强度良好,显微硬度高达HV1 457,磨损失重量仅为未涂层样品的1.29%,摩擦因数大幅度降低,存在轻微的疲劳磨损特征。