强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质合金摩擦磨损行为

利用束流密度50~200 A/cm2、脉冲宽度70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对WC-Ni硬质合金进行表面辐照处理,测试了辐照WC-Ni硬质合金的微观组织和表面硬度,采用环-块式摩擦磨损试验机、SEM和EDS考察了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能及其磨损机理。结果表明,随束流密度增加,WC-Ni硬质合金表面发生重熔与Ni粘结相的选择性烧蚀,表面重熔致密化,表面硬度显著增加,摩擦系数降低、耐磨性提高,200 A/cm2辐照硬质合金表面熔层约1.6μm,组织明显细化,表面硬度可达14.86 GPa,摩擦系数和磨损率分别降低18%和58%。HIPIB辐照使硬质合金表面磨损机制从原始硬质合金的Ni粘结相优先去除引发WC颗粒剥落去除转变为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,这归因于HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面重熔致密化及晶粒细化。     

强流脉冲离子束辐照对316L不锈钢表面改性的实验研究

利用离子能量为300 keV、束流密度为200 A/cm2、脉冲宽度为75 ns的混合离子束(70%H 30%C )组成的强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5,10次.采用SEM,XRD,TEM和EPMA分析辐照后试样表面形貌、表面层相组成和微观结构及元素分布的变化.结果表明,HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层晶粒细化、产生择优取向,杂质元素选择性烧蚀,电化学腐蚀性能明显提高.由于HIPIB辐照引起的大应力和冲击波的影响,辐照后在深度达100μm表层内显微硬度提高,表面摩擦系数降低,表面抗磨损性能显著改善.随着辐照次数的增加,316L疲劳极限和蠕变断裂寿命延长,稳态蠕变速率降低.     

强流脉冲离子束辐照镁合金微弧氧化膜的耐腐蚀性能

采用强流脉冲离子束在束流密度为200 A/cm2、辐照次数为1~10次条件下对AZ31镁合金微弧氧化膜进行辐照改性处理。采用扫描电子显微镜对氧化膜的表面及截面形貌进行表征;在Princeton Applied Research(PAR)2273型电化学工作站测量氧化膜的极化曲线。结果表明:在束流密度200 A/cm2、5次辐照条件下氧化膜表面获得连续、致密的改性层;以3.5%NaCl溶液为腐蚀液,氧化膜表面发生的腐蚀过程由辐照前的活化溶解向辐照后的钝化-孔蚀击穿转变;在束流密度200 A/cm2、5次辐照条件下击穿电位提高到最大值-800 mV(vs SCE)。强流脉冲离子束辐照产生的连续致密改性层是氧化膜耐蚀性改善的主要原因。     

不同工艺参数的强流辐照对钛合金表面形貌的影响

用不同工艺参数的强流脉冲离子束技术对钛基压气机叶片进行表面轰击,对离子束诱发的表面形貌进行分析。结果表明,强流脉冲离子束辐照在钛合金表面形成尺寸约为几至几十微米的熔坑和网状裂纹的典型形貌。当单脉冲能量密度为1.44 J/cm2、5次脉冲辐照时,表面熔坑密度最大;熔坑是影响表面粗糙度的主要因素。随束流密度的提高,被辐照试样表面达到相对光滑所需的脉冲次数减少。     

强流脉冲离子束辐照AZ31镁合金的干滑动磨损行为

用脉冲宽度为70~80 ns,束流密度为200 A/cm2,辐照次数为1、5和10次的强流脉冲离子束(HIPIB)辐照AZ31镁合金,用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)以及干滑动磨损试验对辐照后试样进行表征和干滑动磨损行为研究。结果表明,HIPIB辐照试样获得了显著优于未辐照试样的耐磨性能,且随着辐照次数的增加改善作用增强。具有最高硬度的10次辐照试样的磨损率较未辐照试样减小约一个数量级,磨粒磨损倾向大大降低,HIPIB辐照使得镁合金的磨损机制从单一的磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损,这主要归结于辐照表面改性层晶粒的细化而导致镁合金表面硬度的提高。     

强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能

为进一步提高WC-Ni硬质合金的表面耐磨性,采用强流脉冲离子束(HIPIB)对其表面进行辐照处理。利用扫描电子显微镜、显微硬度计和环-块式摩擦磨损试验机研究了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的微观组织、硬度分布和摩擦磨损性能。结果表明:HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面发生快速重熔与烧蚀,组织显著细化、致密化;随着束流密度和辐照次数的增加,熔层厚度与硬化层深度增加、摩擦因数和磨损率降低,束流密度300A/cm~2辐照10次,熔层厚度约4μm,硬化层深度可达160μm,摩擦因数和磨损率分别降低45%和70%。辐照硬质合金表面重熔层的磨损主要表现为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,近表层冲击硬化区的磨损仍以Ni粘结相的微观磨损和WC晶粒脱落为主,但辐照应力波的长程硬化作用使硬质合金中WC晶粒与Ni粘结相之间的结合力增强以及Ni粘结相自身强化有效抑制了这类磨损。     

强流脉冲离子束辐照对DZ4合金微观结构的影响

利用成分为Cn+(30 mol%)和H+(70 mol%),加速电压为250 kV,脉冲宽度为70 ns,束流密度为100 A/cm2的强流脉冲离子束(high intensity pulsed ion beam-HIPIB)辐照DZ4镍基高温合金,辐照次数分别为5、10和15次.利用透射电子显微镜(TEM)分析辐照前后合金表层微观结构的变化.结果显示,与原始样品比较,辐照不同次数后的样品最表面都产生了一层晶粒度为5～10 nm的多晶层,它是由DZ4合金中各元素的单质相组成的.在距表面一定深度范围内,不存在γ'相;随着深度的增加,γ'相的含量逐渐增加.     

强流脉冲离子束辐照W6Mo5Cr4V2高速钢表面改性研究

利用强流脉冲离子束(HIPIB)技术对W6Mo5Cr4V2高速钢进行表面辐照处理，HIPIB主要由C^n (70％)和H^ (30％)组成，束流密度为160A／cm^2，加速电压为250kV，脉冲宽度为80—100ns，能流密度为3—4J／cm^2，脉冲次数分别为1，3和5次,利用XRD，SEM和EPMA研究了HIPIB辐照处理前后该高速钢表面层结构和成分的变化，结果表明，HIPIB辐照处理使该高速钢表面层发生由马氏体α′-Fe向奥氏体γ-Fe转变，其表面产生许多火山口状熔坑，熔坑中心处富含离子束元素成分，熔坑的形成可以用“雨滴”模型进行解释,由于HIPIB辐照压缩波的影响，处理后在深度达200μm左右的范围内该高速钢的显微硬度提高，表面层耐磨性能提高近2倍，而且耐腐蚀性能也有所提高。     

强流脉冲离子束辐照WC-Co硬质合金的组织与性能

用扫描电镜（SEM）、表面轮廓仪、X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）和显微硬度计等方法,研究了强流脉冲离子束辐照WC-Co硬质合金的组织与性能。结果表明,HIPIB辐照使硬质合金表面发生快速重熔和Co粘结相的优先烧蚀,导致六方α-WC相向立方β-WC1-x相转变,形成丘状凸起重熔烧蚀形貌;硬质合金表面硬度随束流密度和辐照次数的增加先增加后减小,归因于辐照硬质合金表面重熔致密化、Co粘结相优先烧蚀、β-WC1-x相转变以及表面微裂纹的产生。     

镁合金表面TIG熔敷Al2O3增强复合涂层组织及性能研究

采用脉冲钨极氩弧(TIG)熔敷工艺,对AZ91HP镁合金表面熔敷Al-Al2O3涂层的组织结构、耐腐蚀性、显微硬度和磨损形貌进行了研究.结果表明,在电流为150A、电弧移动速度100mm/min时,基体材料表面能够形成由细密的组织中均匀分布的Al2O3颗粒相组成的熔敷层;该熔敷层明显改善了AZ91HP镁合金在ω(NaCl)=3.5%溶液中的耐腐蚀性能,同时提高了镁合金表面的显微硬度和耐磨损性能.     

强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质密封材料表面改性研究

利用离子能量为300 keV,束流密度为300 A/cm~2,功率密度为10~8W/cm~2,脉冲宽度为70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对用于核主泵轴密封的WC-Ni硬质合金材料进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5.10次.利用XRD,SEM和EPMA研究了HIPIB辐照前后WC-Ni硬质合金表层相组成,表面形貌和元素分布的变化.借助显微硬度计和环一块式靡损仪测试了辐照前后硬质合金表层的性能.结果表明,HIPIB辐照硬质合金表层发生由六方碳化物WC向fcc碳化物β-WC_(1-x)转变,转变量随着辐照次数的增加而增加.HIPIB辐照引发硬质合金表层快速重熔和Ni黏结相的择优烧蚀,形成了许多丘状表面凸起,且随着辐照次数的增加,丘状凸起的尺寸增大,当辐照次数增加至10次,形成了网状峰-谷起伏结构的重熔烧蚀表面形貌,且具有微区光滑致密化特征.由于HIPIB辐照应力波的显著作用,辐照后硬质合金表层沿深度方向显著硬化.10次辐照后硬化层深度可达160μm,表面摩擦系数降低38%,耐磨性提高近3倍.     

激光相变硬化-离子渗硫复合改性层的性能

用SEM、EDS和XPS等方法对35CrMoA钢激光相变硬化和低温离子渗硫复合改性层进行形貌观察和成分分析,使用显微硬度计测量复合改性层横截面的显微硬度分布,使用电化学腐蚀系统测试复合改性层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。结果表明,渗硫层是一个连续的黑色带状层,与基体之间没有明显过渡,厚度在2～5μm之间,主要成分是FeS及FeSO4。渗硫层表面平整疏松,局部有小坑和"火山口"形貌。复合改性层是理想的摩擦表面,自腐蚀电位为-571 mV,自腐蚀电流密度为26.02μA/cm2,与基材相比,耐蚀性有一定的提高。     

强流脉冲离子束辐照改善W9Cr4V轴承钢的表面性能

为改善W9Cr4V轴承钢表面性能,提高轴承使用寿命,研究强流脉冲离子束(HIPIB主要由C+(70%)、H+(30%组成))技术辐照处理效果。用1、10、20、30不同脉冲次数分别对W9Cr4V试片进行处理。采用倒置金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、pin-on-disc(POD)方法、电化学工作站分别测量辐照前后试样的表面形貌和性能。结果表明,HIPIB辐照处理使W9Cr4V轴承钢试片近表层晶粒细化,产生了奥氏体相和碳化物,并且马氏体择优面发生改变,衍射峰向高角方向偏移并宽化。同时,由于HIPIB辐照处理快速升降温和冲击波的影响,处理后试片表面显微硬度最高提高了19.63%,表面耐磨性提高近2倍,耐腐蚀性显著改善。     

45钢光纤激光熔凝工艺

采用光纤激光对45钢表面进行了激光熔凝处理研究. 结合熔凝层深度、组织、显微硬度和摩擦磨损性能分析,研究了多道激光熔凝的激光功率、激光扫描间距对熔凝工艺的影响规律. 结果表明,在改变激光功率的研究中,熔凝层深度随激光功率的增大而增加,熔凝层的显微硬度呈周期性变化,后道激光处理对前道熔凝层存在回火热处理作用. 在改变激光扫描间距的研究中,进一步验证了后道激光熔凝对前道的热影响作用,同时适当增大扫描间距,获得软硬相间的熔凝层表面,有利于改善钢材表面的耐磨性能,同时可适当提高激光熔凝处理的生产效率.     

双电源低温渗氮工艺在316不锈钢上的应用

通过正交试验研究了交流脉冲电压、直流脉冲偏压和温度对316不锈钢表面硬度和渗层厚度的影响,获得了双电源低温渗氮最佳工艺参数。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、电化学工作站以及摩擦磨损试验机等研究了最佳工艺下渗氮试样的性能。结果表明,影响渗氮试样性能因素的顺序为:交流脉冲电压＞温度＞直流脉冲偏压。最佳工艺参数为交流脉冲电压360 V,直流脉冲偏压270 V,温度380 ℃。对最佳工艺制备的试样与单电源进行对比:渗层厚度为43.4 μm,是单电源的8.5倍;表面硬度为1350 HV0.025,是单电源的3.1倍;自腐蚀电位由－256 mV(vs SCE,下同)提高到－180 mV;自腐蚀电流密度从13.90 μA/cm² 降低到0.45 μA/cm²;摩擦因数从0.55降低到0.42。双电源渗氮速率的提高是由于高能离子轰击引起的表面结构缺陷和渗氮气体的高度离解。     

激光扫描速度对Co基合金堆焊重熔层组织和硬度的影响

研究了激光功率为2.5kW时,三种不同扫描速度(2mm.s-1、4mm.s-1、8mm.s-1)对重熔的Co基合金堆焊层熔宽、熔深、搭接宽度、枝晶尺寸以及显微硬度分布的影响。试验结果表明,堆焊层经激光重熔后,随着扫描速度的提高,重熔层熔宽和熔深、搭接宽度、枝晶尺寸均随之减小,组织较原始堆焊层明显细化,硬度明显提高。然而,当扫描速度为8mm.s-1时,搭接宽度为零,出现未重熔塔接部分,使得堆焊重熔层表面硬度出现较大波动。     

复合电沉积工艺参数对镍晶微铸件表面性能的影响

目的将超声波、磁场引入到微电铸过程中,改善电沉积镍晶微构件的表面性能。方法改变电流密度、脉冲占空比、超声波功率、磁场强度的方向和强度,进行电沉积镍晶微铸件,分析这些工艺参数对微铸件表面形貌和显微硬度的影响。结果微铸件的显微硬度随磁场强度的增大而显著提高,随着阴极电流密度、超声波功率及脉冲占空比的增大呈现出先升高、后下降的规律,其中脉冲占空比对电铸层显微硬度的影响较弱。优选的工艺参数为:垂直磁场强度0.8 T,阴极电流密度2 A/dm2,超声波功率240W,脉冲占空比20%。结论引入超声波和磁场后可优化电沉积环境,细化电铸层晶粒尺寸,改善电铸层微观形貌,提高微铸件显微硬度。     

Influence of pulse parameters on the microstructure and microhardness of nickel electrodeposits

Square-wave cathodic current modulation was used to electrodeposit fine-grained nickel from an additive-free and saccharin-containing Watts bath. The influence of pulse on-time, off-time, peak current density and saccharin on the grain size, surface morphology, crystal orientation, and microhardness was determined. The study showed that at constant off-time and peak current density, the crystal size of the deposits was found initially to decrease with pulse on-time before it started to increase with further increase in on-time. The crystal orientation progressively changed from a (111) texture at the on-time of 0.1 ms to a strong (200) texture at an on-time of 8 ms. An increase in the pulse off-time at constant on-time and peak current density resulted in a progressive increase in crystal size. However, the crystal orientation remained unaffected with increasing off-time. An increase in peak current density resulted in considerable refinement in crystal size of the deposits. The crystal orientation progressively changed from an almost random distribution at the lowest peak current density of 0.2 A/m² to a strong (200) texture at a peak current density of 2.0 A/m². The nanocrystalline nickel with grain size in the order of 30 nm can be produced from saccharin-containing Watts' baths. In contrast, when using an organic-free Watts' bath and similar pulse-plating conditions, the grain size can only be refined down to about 80-100 nm. The microhardness of deposits is related with grain size: when the grain size is large, the microhardness is consistent with Hall-Petch law (HPL); when the grain size is ultrafine, “nano-effect” would be generated, the microhardness is against HPL.