TA2纯钛表面激光气体氮化工艺研究

采用Nd:YAG激光器在氮气环境中对TA2纯钛进行激光气体氮化处理,研究了不同工艺下TA2纯钛表面激光气体氮化层的宏观形貌、物相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明,经过激光表面氮化处理后,氮化层与基体之间为冶金结合,氮化层的组织主要由细小的、枝晶状的Ti N构成。激光离散氮化可显著降低材料表面的摩擦系数,提高材料的耐磨性能,且氮化强化区域的分布越密集,摩擦系数值越小,耐磨性越好。激光离散氮化还可以提高加工效率,抑制裂纹的萌生。     

反应等离子喷涂TiN复相涂层的组织与性能研究

采用工业纯钛粉,利用反应等离子喷涂技术,在45钢表面原位合成TiN复相涂层。利用X射线衍射仪分析了涂层的物相组成,采用扫描电镜观察涂层的组织结构、显微压痕、断口和磨损形貌,采用能谱仪分析压痕微区成分,测试了涂层的显微硬度和耐磨性能。结果表明:复相涂层由TiN、TiN0.3、Ti3O组成;涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间、层与基体之间结合较好;涂层的显微硬度为983~1 254 HV0.1;显微压痕形状清晰、规则,且压痕周围无翘边现象;断口形貌说明涂层具有一定的韧性,为介于陶瓷材料与韧性材料之间的混合断裂机制;涂层在低载荷时耐磨性能最佳。     

纯钛表面渗N改性层组织性能研究

本次研究主要利用等离子技术在纯钛表面制备渗N改性层,然后观测纯钛氮化改性层的显微组织,检测表面改性层的元素分布和内部结构,最后应用极化曲线法评价渗氮改性层在Na Cl溶液中的腐蚀性能,并对其腐蚀机理作简单研究。实验结果表明,改性层由钛氮化合物层组成,改性层在Na Cl溶液中的耐蚀性得到提高。     

TA2钛合金表面激光熔覆金属钽探索实验研究

在保证钛合金穿地阀门硬密封面耐腐蚀性前提下,为了提高其硬度、耐磨性及抗压疲劳性能,以TA2钛合金板材作为基体,利用YAG激光器进行表面激光熔覆纯钽(Ta)的探索实验研究。分别采用OM、SEM、EDS及显微硬度计,研究了激光熔覆的Ta涂层的冶金结合情况、组织结构、成分分布及硬度分布。结果表明:在TA2钛合金表面直接激光熔覆纯Ta粉是可行的,且制备的Ti-Ta合金涂层与基体形成良好的冶金结合;激光熔覆层内Ti元素稀释度较大,随着与结合面距离的增加,稀释度逐渐减小;激光熔覆层与基体结合区主要由枝晶组成,熔覆层中部由枝晶及部分块状组织组成;熔覆层显微硬度HV_(0.2)为190~200,相对Ti基体硬度提高了40以上,而结合区显微硬度HV_(0.2)为200~220,硬度梯度变化较为明显。     

TiAlBN多元膜的性能与组织结构研究

采用电弧离子镀技术、TA5钛合金靶沉积TiAlBN薄膜，研究了这种多元膜的显微硬度、高温氧化性能和组织结构，结果表明：这种多元膜具有优于TiN膜的显微硬度；不同于TiN膜的显微组织，其最显著的特征是存在一些细小的钛滴；双靶工作状态下，这些钛滴与膜之间的融合效果较好，膜层表面孔隙较少；薄膜具有TiN的面心立方结构，与TiN膜相比，具有更加明显的择优取向趋势。     

表面纳米化工业纯钛组织性能研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)实现工业纯钛的表面纳米化,利用金相显微镜(OM)、显微硬度计对其微观组织及显微硬度进行表征、测定;利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),结合X射线光电子能谱分析(XPS)技术,研究了表面纳米化工业纯钛在Hank's人工模拟体液中的腐蚀行为。结果表明:SMAT处理工业纯钛表层晶粒尺寸达到纳米级,从表层到基体晶粒尺寸由小到大呈梯度分布,其表层显微硬度明显提高,并由表层逐步降低至基体硬度。SMAT处理工业纯钛的自腐蚀电位较原始工业纯钛正移,腐蚀电流密度较原始工业纯钛低,其EIS高频容抗弧半径较原始试样大,表现出更稳定的钝化现象。表面纳米化过程中产生的高密度晶界和位错为Ti~(4+)提供了更多的扩散通道,有助于表面产生稳定的保护钝化膜,提高其耐蚀性。XPS分析结果表明,SMAT处理工业纯钛钝化膜的主要成分为Ti O_2。     

Ti—6Al—4V合金的激光表面变质处理

钛及其合金以其比强度、耐腐蚀和抗疲劳而为人们所称赞不已,其缺点则是抗磨损和抗擦伤能力都较低,从而限制了它们在摩擦零部件中的应用.目前,已有一些技术能够通过改变成分和显微组织来提高钛合金的表面硬度.诸如离于氮化、氮气氮化和盐浴氮化等传统的氮化技术都利用了作为氮扩散的结果而在表面层中形成TiN.TiN层的厚度是氮化温度、氮化时间和氮气压力的函     

气体总流量对多弧离子镀TiN涂层表面形貌和力学性能的影响

采用多弧离子镀膜技术在硬质合金基体表面沉积TiN涂层,研究了气体总流量对TiN涂层表面形貌和力学性能的影响。通过SEM观察涂层表面形貌,利用ImageJ图像处理软件对涂层的像素分布进行统计和分析,并通过自动划痕仪和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行表征。结果表明,随着气体总流量的增加,涂层表面大颗粒的数量和尺寸均在增加,涂层附着力先增大后减小,而显微硬度先减小后增大;当气体总流量为300mL/min时,涂层气坑数量最多,附着力最大,为106.4N;当气体总流量为100mL/min时,涂层显微硬度最大,为HV3 021。     

铝合金表面激光合金化Al-Nb金属间化合物涂层

铝铌合金是具有较高强度及硬度的结构材料和涂层材料。采用 2kW连续波Nd YAG激光在AA60 61Al合金表面制备Al Nb金属间化合物激光合金化改性层。采用功率密度 62 .5J·mm- 2 ,交互作用时间 0 .0 65s ,保护气氩气流量为 2 0L·min- 1 的激光辐照处理工艺 ,可获得无孔洞及裂纹、致密的Al Nb金属间化合物改性层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计 ,研究改性层的表面组织形貌 ,成分分布、组织结构及硬度分布。     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

TiN涂层硬质合金在空气中的氧化行为

采用阴极弧蒸发技术沉积TiN涂层硬质合金,利用XRD、SEM和显微硬度计分析TiN涂层硬质合金氧化前后的物相组成、组织形貌和显微硬度的变化,并对其700℃和800℃抗氧化性能进行测试。研究结果表明:TiN涂层硬质合金氧化后出现边缘开裂,生成大量的氧化物;TiN涂层硬质合金的显微硬度在氧化过程中随着氧化温度的提高和氧化时间的延长不断降低。TiN涂层硬质合金氧化破损过程为局部不均匀氧化,O2通过氧化层或缺陷进入基体,造成基体氧化,体积发生膨胀,边缘处涂层应力集中,发生开裂,进而使基体发生氧化。     

激光照射提高钛表面耐磨性

分别采用线状激光对板厚为2mm的工业纯钛TP340C及＋25mm的圆状激光对板厚为7mm的工业纯钛TP270H进行照射,研究激光照射对钛表面耐磨性的影响。首先用不锈钢刷对试样表面进行反复刷磨,再用丙酮清洗以去除表面氧化膜。处理后的试样置于密闭的丙烯基塑料桶内,用流量为20L／min的保护气体充填2min后开始进行激光照射。     

TA2纯钛表面激光熔覆WC7Co/TC4复合涂层的组织演变特性

选用抗氧化性和韧性良好的WC7Co陶瓷颗粒作为增强相,利用激光熔覆的方法在TA2纯钛表面制备WC7Co/TC4复合耐磨涂层,借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计,分析表征复合涂层显微组织特征、WC7Co陶瓷颗粒界面反应行为以及复合涂层中相的演变规律。结果表明:根据激光熔覆过程中WC7Co颗粒的演变状态,复合涂层中存在2种典型显微组织,分别为未分解WC7Co颗粒强化组织和WC7Co分解后与Ti反应生成的W、TiC和Ti的共晶组织;复合涂层中WC7Co颗粒与TC4基质结合界面形成了2～3μm的反应层,反应生成物主要为W和TiC;复合涂层中的物相主要为Ti固溶体、W单质及TiC、VC、Co_3W_3C、W_2C等化合物。     

电弧离子镀Ti-Al-Ce-N多元多层膜的制备及性能研究

采用Ti-Ce,Ti-Al合金靶,利用电弧离子镀技术在高速钢基底上制备Ti-Al-Ce-N涂层,研究了Ce及Al对TiN系涂层的界面结合强度的影响,同时辅以显微硬度、抗氧化特性的测定,结合TiN涂层的组织结构,讨论了Al、Ce对TiN系涂层的改性。试验表明:TiN涂层中添加微量Ce和Al,可以明显改善膜基结合强度,并且有助于形成(111)和(222)择优取向,使膜层致密提高抗氧化能力。     

用氮氧化处理提高AISI H13工具钢的耐蚀性

为评价AISIH13工具钢氮氧化处理的氧化层效果和有效改善耐蚀性,本研究使用了3种不同的氮化表面处理,即氮氧化过程为：①（用空气）氮氧化过程;②（用蒸汽）或一般气体氮化。AISIH13工具钢不同氮化处理后,评价其显微组织作用和电镜微观组织耐蚀性,试验结果表明,氧化层可防止和改善AISIH13工具钢的铝腐蚀,进行了显微硬度、腐蚀试验和SEMi显微组织评价。处理过程①中,腐蚀试验2h和4h氮氧化能产生一定厚度的复杂氧化层,具有较高的硬度（HV!021．9）,可视失重（0．16％）。这个过程可有效减少A380合金腐蚀试验时Al—Fe—si化合物的比率。     

激光熔覆/离子渗硫复合改性层的表征与减摩行为

采用激光熔覆和离子渗硫复合处理在Ni基金属陶瓷涂层表面原位合成微纳米硫化物固体润滑薄膜,得到复合改性层。采用XRD、XPS、SEM、AFM、EPMA等方法对复合改性层进行了表征,在摩擦磨损实验机上研究了复合改性层干摩擦条件的摩擦磨损性能。结果表明,Ni基金属陶瓷涂层主要由γ-(Fe,Ni)、Cr2Ni3、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2组成,显微硬度在550~625 HV0.2。渗硫层是一个3~4μm的灰黑色带状层,与基体之间无明显过渡,表面疏松而多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成;渗硫层主要由单质Fe、Ni,FeS、FeS2、NiS等硫化物,Fe、Cr的氧化物组成。摩擦磨损实验结果表明,与Ni基金属陶瓷涂层相比,复合改性层的摩擦系数和磨损量都显著降低。     

钛金与气相沉积

人们所说的镀钛表、钛金首饰里的“钛”实际是氮化钛,化学分子式为TiN。氮化钛有装饰功能,只要加工工艺得当,其色泽可与18K,甚至24K品位的黄金比美。除此之外,还具有超高的显微硬度,优良的减摩特性,良好的耐蚀性及无毒性等特点。世界上的钛资源较为丰富,所以,氮化钛涂层广泛用于日用品装饰、金属切削工具和成形模具的表面强化、量夹具的保护、化工机械的耐蚀保护、航天器及食品机械中的无油减摩层     

以钛板条返回料生产TA2管材的研究

进行了以纯钛板条返回料熔炼TA2铸锭,进而生产TA2管材的可行性研究.对纯钛板条进行喷丸和酸洗净化处理后,以点焊方式制备成自耗电极,经熔炼、锻造、挤压、开坯轧制、精轧制备不同规格的TA2管材.对TA2管材进行了显微组织和力学性能分析,并与以海绵钛为原料制备的TA2管材进行了对比,以考察返回料对管材综合性能的影响.结果表明:用纯钛板条返回料熔炼的铸锭能够生产出力学性能和组织均满足国家标准要求的TA2管材;采用纯钛板条返回料熔炼的铸锭杂质元素含量总体偏高,造成返回料生产的TA2管材与以海绵钛为原料生产的TA2管材相比,强度略有增高,塑性略有降低.     

钛表面激光重熔Al/Ni组合涂层的组织及其抗氧化性能

利用等离子喷涂及电弧喷涂工艺在工业纯钛表面制备Al/Ni组合涂层,并对涂层进行激光重熔处理,使涂层之间、涂层与基体之间发生冶金反应,从而得到与基体有一定结合强度的NiAl金属间化合物涂层。研究了重熔前后涂层的微观组织及NiAl金属间化合物的形成机理,并对经重熔处理后的Al/Ni/Ti试件及纯钛试件进行了800℃/60 h高温氧化试验,讨论了涂层经高温氧化后的微观组织及其对钛材抗高温氧化性能的影响与防护机理。研究表明,Ni/Al涂层经激光重熔处理后,重熔反应区由多量的呈等轴晶状的Ni_2Al_3相以及少量的呈树枝晶状的NiAl相组成。重熔处理后的涂层经高温氧化后,Ni_2Al_3相的含量有所减少且结构疏松,而NiAl相则稳定存在并最终形成了具有一定厚度的区域。激光重熔处理后的Ni/Al组合涂层对Ti基体起到了较好的抗高温氧化作用。     

TiN和TiAlN涂层硬质合金的氧化和切削性能

采用阴极弧蒸发涂层工艺在硬质合金基体上分别沉积TiN和TiAlN涂层。利用XRD、SEM和显微硬度计分析2种涂层硬质合金氧化前后的物相组成、组织形貌和显微硬度,并对2种涂层硬质合金刀片进行切削性能测试。研究结果表明:2种涂层硬质合金在不同温度氧化一定时间后出现边缘开裂,基体氧化物鼓出。TiAlN涂层硬质合金抗氧化性能优于TiN涂层硬质合金。2种涂层硬质合金的显微硬度随着氧化时间增加而减小。由于TiAlN涂层硬质合金具有良好的抗氧化性,所以随着切削速度提高,表现出更好的切削性能。