电火花沉积技术研究现状与展望

电火花沉积技术被广泛地应用于零部件表面涂层的制备与损伤的修复.简要介绍了电火花沉积技术的原理,概括了其进行表面强化与修复的优点.系统地讨论了电火花沉积技术主要工艺参数(电压、电容、比沉积时间和氩气流量)对涂层的沉积效率、形貌、缺陷、组织结构和性能的影响规律,其中热量的输入与释放速率是工艺参数对涂层制备产生影响的关键因素,低能量输入下易获得高性能的涂层,但沉积效率较低.针对电火花沉积技术自身裂纹与孔洞缺陷多、沉积效率低、制备涂层不均匀等问题,介绍了在沉积过程自动化、沉积原理优化、与其他技术复合方面做出的技术改进.其中,通过实现与其他表面强化技术的复合是进一步提高涂层性能的有效方式,将是未来研究的重点内容之一.随后,基于工程实际对高性能涂层的需要,介绍了电火花沉积技术在制备陶瓷、高熵合金、非晶涂层中的应用,电火花沉积技术快热急冷的特点,使其在制备涂层的过程中表现出极佳的细晶、非晶、固溶相形成能力.最后总结了电火花沉积技术存在的问题,并对其未来的发展方向进行了展望.     

一种用电火花结合离子束增强沉积复合改性钛合金表面的方法

本发明公开了一种用电火花结合离子束增强沉积复合改性钛合金表面的方法，包括下述步骤：在超声波作用下用有机溶剂清洗钛合金表面，清洗时间为5～10min；将经过时效处理后的钛合金用电火花表面强化器强化处理（电极材料为硅青铜或者YG-8型硬质合金），处理过程中用Ar气保护，Ar气流量为8L／min；用离子束增强沉积磁控溅射和多弧设备，在经过电火花强化处理过的钛合金表面用氩离子轰击清洗8～12min，沉积过程中也要用氩离子不断轰击已沉积的膜层，沉积用靶材为硅青铜。由于采用了电火花表面强化与离子束沉积结合方法，     

钛合金表面耐磨处理技术研究现状

钛合金具有比强度高,中高温性能好和耐腐蚀等显著优点,但其缺点是表面硬度低、耐磨性能差,为了提高钛及钛合金的耐磨性,有效地利用钛合金的优良性能。本文对钛合金表面耐磨处理技术的各种方法,如电镀、化学镀、热喷涂技术、化学热处理、气相沉积、离子注入、微弧氧化、激光表面合金化和激光熔覆、等离子喷涂、加弧辉光离子渗镀与双层辉光离子渗镀技术、表面纳米化技术、电泳涂装、钛合金表面电火花沉积强化技术、热扩散、液相沉积、离子轰击等等进行了综述。     

钛合金表面电火花沉积WC涂层的研究

以WC为电极,采用不同的电火花强化工艺,在钛合金表面制备了强化涂层。为了比较不同工艺条件下获得涂层的组织结构,确定最佳的电火花沉积工艺,通过金相、SEM、EDS等试验方法对涂层的微观组织结构进行了研究。结果表明,仅改变电火花沉积参数对获得性能优良的沉积涂层效果不明显,当复合超声加工,并且达到一定频率范围时,可以明显改善涂层质量。所获涂层是由基体中Ti元素与WC电极发生反应生成的反应涂层,涂层的主要成分是TiC、W和W2C。     

电极力对Cr12MoV电火花沉积YG6工艺影响

电火花沉积工艺自21世纪初开发以来,由于放电时间短,沉积层结合力强,被广泛应用于材料延寿及表面改性等领域.文中利用自动电火花沉积系统,结合高速摄像技术、金相分析技术,研究了Cr12MoV模具钢沉积YG6工艺过程,分析了电极力对沉积表面粗糙度、沉积效率的影响规律.结果表明,电极力是影响沉积层质量与沉积效率的关键参数,通过反复试验得到该工艺中的最优电极力参数为1.6 N,在此参数作用下,电火花放电形成了火花放电为主与短路放电为辅的放电形式,沉积效率高,表面粗糙度低.     

电极力对Cr12MoV电火花沉积YG6工艺影响

电火花沉积工艺自21世纪初开发以来,由于放电时间短,沉积层结合力强,被广泛应用于材料延寿及表面改性等领域.文中利用自动电火花沉积系统,结合高速摄像技术、金相分析技术,研究了Cr12MoV模具钢沉积YG6工艺过程,分析了电极力对沉积表面粗糙度、沉积效率的影响规律.结果表明,电极力是影响沉积层质量与沉积效率的关键参数,通过反复试验得到该工艺中的最优电极力参数为1.6 N,在此参数作用下,电火花放电形成了火花放电为主与短路放电为辅的放电形式,沉积效率高,表面粗糙度低.     

转子材料电火花表面强化技术研究

电火花表面强化技术是通过电火花放电,将电极材料熔渗到基体材料表面,使该基材的表面物理化学性能和机械性能得到改善。针对传统的电火花表面强化技术存在强化效率低、强化层厚度较薄等问题,探讨了一种新型强化设备的强化特点和将来发展的方向。本文介绍了电火花表面强化技术的基本原理和工艺特点,概括了电火花强化设备、理论研究的发展和现状,分析了该强化技术的在机械、航空、船舶和电力行业的广泛应用并强调了在电力行业的重要应用尤其是汽轮机转子材料,并指出了其今后的研究方向和发展趋势。     

TC4钛合金准干式电火花表面强化温度场-应力场特征研究

工件表面温度场和应力场是制约电火花强化效果的关键因素。运用ANSYS的热-结构耦合技术,进行雾状介质电火花表面强化钛合金温度场有限元模拟仿真,并以温度场计算结果为初始条件计算得到应力场。使用模型中的强化工艺参数进行雾中电火花表面强化钛合金实验。利用Hitachi-4700型扫描电镜观察强化后的表面微观形貌,用402MVD型自动转塔数显微维氏硬度计测试强化前后试件表面硬度值。强化实验结果与模拟仿真结果进行对比分析后得出结论,有限元方法模拟电火花强化表面温度场可以对强化过程进行前期预测和工艺参数优化,提高强化质量并避免盲目直接进行强化实验。     

Mo电极电火花强化与喷丸复合提高Ti合金微动疲劳抗力

采用Mo电极分别在空气和硅油中对Ti811钛合金表面进行电火花强化处理（ESS），探讨消除强化层中裂纹缺陷的途径。将ESS与喷丸强化复合，拟使Ti合金微动疲劳（FF）抗力得到显著改善。结果表明：Mo电极在空气中电火花强化处理Ti811钛合金表面后，强化层出现明显的微裂纹缺陷，由此导致其微动疲劳抗力降低。在硅油中用Mo电极电火花处理Ti811合金不仅消除了表面裂纹缺陷，而且使钛合金表面具有良好的减摩润滑作用，显著改善了钛合金基材的耐磨性能；再经喷丸强化处理，使钛合金基材的微动疲劳抗力显著提高。     

电火花沉积技术研究现状及其发展

电火花沉积技术是一种重要的表面强化技术,在机械零部件表面损伤的修复以及材料表面强化与改性等领域已得到广泛应用。介绍了电火花沉积技术的基本原理与技术特点,评述了电火花沉积技术在国内外的研究现状,指出了该技术未来的发展方向。     

钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状

钛合金具有密度小、质量轻、比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性和耐热性、塑韧性好以及优良的加工性等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、体育器械及生物医疗等众多领域。但钛合金摩擦系数大、易黏着、耐磨性能差、高温(700℃)条件下氧化严重、不易润滑等缺点,大大限制了钛合金的应用和发展。介绍激光熔覆、磁控溅射、离子注入等常见的钛合金表面改性技术的研究现状,指出各种改性技术对钛合金耐磨性能、高温抗氧化性能的改善效果,并探讨各种改性技术的优缺点。在此基础上提出综合提高钛合金耐磨性和高温抗氧化性的新思路并展望其发展前景。     

Electrospark alloying of titanium and its alloys: The physical, technological, and practical aspects. Part I. The peculiarities of the mass transfer and the structural and phase transformations in the surface layers and their wear and heat resistance

A detailed analysis of the works concerning the electrospark alloying of the surface of titanium and its alloys to improve their physicochemical properties and performance characteristics has been carried out. It has been shown that the electrospark alloying method makes it possible to enhance some important features of titanium such as its wear resistance, heat resistance, and corrosion stability.     

贵金属在船用钛及钛合金表面改性中的应用

舰船用钛及钛合金耐磨性较差,在海水中会被腐蚀,贵金属表面改性剂可以改善其耐磨性,提高耐腐蚀能力。基于钛及钛合金性能特点的分析,综述了贵金属金和银在改善耐磨性,钯、钌、银和金在增强耐腐蚀能力方面的应用,介绍了离子注入、磁控溅射、双层辉光等离子技术等贵金属表面改性工艺,对改性层复合化、纳米化的发展趋势进行了分析。     

氢燃料电池中钛双极板研究进展

钛及钛合金密度低、比强度高且在酸性环境中耐蚀性优异,在氢燃料电池双极板中具有较高的应用价值。回顾了近年来氢燃料电池用钛双极板的研究进展,详述了钛双极板表面改性技术的研究成果,包括掺杂合金元素、钛表面涂覆金属基涂层(贵金属、金属碳/氮化物等)和碳基涂层(石墨、无定型碳等)。涂层结构组织的复合化和纳米化,有利于提升钛双极板的耐蚀性、导电性和疏水性,其对于提升氢燃料电池的性能及保证其运行的稳定性和耐久性具有重要作用。     

表面充氢对TA2在草酸溶液中腐蚀行为的影响

目的提高TA2在草酸溶液中的耐蚀性,揭示表面充氢提高钛在草酸溶液中耐腐蚀性能的机理。方法采用电化学充氢的方法对TA2试样进行表面充氢,采用SEM和XRD分析充氢对试样表面形貌和相组成的影响,并采用电化学测试和腐蚀浸泡实验研究不同充氢时间的TA2试样在草酸溶液中的耐蚀性。结果电化学充氢后,TA2试样表面会生成一层以Ti H1.5为主要组成相的氢化钛层,该氢化钛层的厚度随充氢时间的延长而增厚。电化学测试结果显示,随着充氢时间的延长,TA2试样在草酸溶液中的自腐蚀电位从–0.7 V(vs.SCE)逐渐增加到0 V左右,腐蚀倾向显著下降;极化电阻Rp则从0.2 kΩ·cm^2逐渐增加到了24.1 kΩ·cm^2,耐蚀性能增强。腐蚀浸泡实验结果表明,随着充氢时间的延长,TA2试样在草酸溶液中的腐蚀程度逐渐减弱,腐蚀速率也从未充氢时的4.63mm/a逐渐下降到0.03mm/a。结论在草酸溶液中,电化学充氢TA2试样表面生成的氢化钛层对Ti基体具有保护作用,并且保护效果随氢化钛层的增厚而增强。试样表面氢化钛层对Ti基体的保护作用除了与成分有关外,还与其结构相关,完整致密的氢化钛层可以对Ti基体起到很好的保护作用,而疏松多孔的氢化钛不仅不能保护Ti基体,反而还会促进Ti基体的腐蚀。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

Corrosion behaviour and galvanic coupling of titanium and welded titanium in LiBr solutions

Corrosion resistance and galvanic coupling of Grade 2 commercially pure titanium in its welded and non-welded condition were systematically analyzed in LiBr solutions. Galvanic corrosion was evaluated through two different methods: anodic polarization (according to the Mixed Potential Theory) and electrochemical noise (using a zero-resistance ammeter). Samples have been etched to study the microstructure. The action of lithium chromate as corrosion inhibitor has been evaluated. Titanium and welded titanium showed extremely low corrosion current densities and elevated pitting potential values (higher than 1 V). The results of both methods, anodic polarization and electrochemical noise, showed that the welded titanium was always the anodic element of the pair titanium-welded titanium, so that its corrosion resistance decreases due to the galvanic effect.     

离子注入在医用钛及其合金表面改性中的应用

钛及其合金因具有较好的耐蚀抗磨性、生物活性、生物相容性以及在生理环境中的无毒性,成为医用领域中最常用的一种金属材料。但是,钛及其合金自身无抗菌性,表面摩擦因数大,抗塑性剪切能力低,且长期服役中易被环境污染和易于磨损失效,这些特性在一定程度上限制了其应用领域的扩展。因而,学者常采用离子注入技术对医用钛及其合金进行表面改性,以提升其表面性能,延长其制件服役寿命和扩展材料应用范围。研究表明,单一元素离子注入对提升钛及其合金的医用性能不够理想,因而学者采用金属+非金属、金属+金属离子进行复合注入,旨在提升改性层减摩抗磨、耐蚀性能的同时,增强改性层的生物活性及服役过程中的抗菌性。另外,对现有研究展开分析与综述后,提出了对医用钛及其合金的离子注入改性,将朝着进一步深入理论、模拟研究,多复合离子(特别是金属+金属+非金属复合离子)注入研究,高性能离子注入设备研发及其离子注入参数拟定与优化等方面发展。     

Experimental determination of the Critical hydrogen peroxide ion concentration for titanium alloys in alkaline hydrogen peroxide solution

The first assumption was that titanium and its alloy should have excellent corrosion resistance in alkaline hydrogen peroxide bleaching. However, the pulp mill experience of the corrosion resistance of titanium alloy conflict partly with the earlier knowledge. The corrosion of both titanium and titanium alloy was studied in alkaline hydrogen peroxide environment. The cell was equipped with a water circulation loop and chemistry monitoring system. The monitoring system adjusted the pH-value, hydrogen peroxide concentration and temperature of the solution. Both titanium and titanium alloy dissolved by uniform corrosion in passive state due to the hydrogen peroxide ion. This ion can destroy protective dioxide layer of titanium. The critical concentration of hydrogen peroxide ion could be estimated experimentally and for both titanium and titanium alloy it was 0.008 ± 0.008 M at 80 °C in alkaline hydrogen peroxide ion environment. However, theoretically based on thermodynamic no critical hydrogen peroxide concentration could be found whereas traces of this ion can attack titanium and titanium alloys. The experimentally determined corrosion rate of both titanium and titanium alloy seems to follow an exponential law as a function of hydrogen peroxide ion concentration, which could be explained by the Arrhenius equation.     

TA1纯钛离子碳氮共渗改性层耐磨性能研究

对TA1纯钛进行了离子碳氮共渗。用扫描电镜对离子碳氮共渗的TA1纯钛改性层进行了观察。用X射线衍射仪测定了改性层的物相。用能谱仪对改性层作成分分析。用显微硬度计测定改性层的硬度。用SRV摩擦磨损试验机测定摩擦系数，在往复式磨损试验机上进行，磨损试验。结果表明，经离子碳氮共渗的TA1纯钛表面获得了金黄色、均匀的Ti2N／TiN改性层，显微硬度为840HV0．01。碳氮共渗表面改性层能明显提高纯钛TA1的耐磨性。