等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。     

等离子渗Mo对TC4合金耐磨及拉伸性能的影响

研究了TC4合金表面经等离子渗Mo处理后的耐磨性能和拉伸性能。通过SEM、EDS、SMM等研究渗Mo改性层的组织成分及断口形貌,并分析其磨损机理和拉伸性能。结果表明:TC4合金表面经等离子渗Mo处理后,其耐磨性能随表面硬度的提高而明显改善,且抗拉强度与原始基体相比仅略有下降,即达到了使合金的耐磨性能提高而基体力学性能不受损害的预期目的。     

等离子束表面冶金铁基合金的设计与研究

概述了等离子束表面冶金合金设计原则,分析了合金元素在铁基合金中的作用.按照合金设计原则,在大量试验的基础上,成功设计出等离子束表面冶金用新型铁基合金.对冶金层进行组织性能分析,结果表明,冶金层组织主要以固溶体结晶为主,显微硬度从表面到基体呈梯度分布,冶金层具有良好的耐磨性能.     

45钢双层辉光等离子渗铌的组织及摩擦性能

采用双层辉光等离子表面合会化技术对45钢进行表面渗铌处理,用OM、SEM和XRD分析了渗铌层的显微组织、化学成分及其相组成,测试了渗铌合金层的显微硬度和表面耐磨性.结果表明,经过离子渗铌处理后可获得约10μm的表面合金层;渗层中铌含量随渗层深度呈梯度变化,渗层与基体结合牢固;XRD表明其表面形成Nb、Fe2Nb、NbC和Nb2C等相.摩擦磨损试验表明,铌的渗入使45钢基体摩擦系数由0.80左右降到了0.15,磨损失重仅为基体的18%,大大提高了耐磨性能.     

45钢双层辉光等离子渗Nb的组织及摩擦性能研究

 采用双层辉光等离子表面合金化技术对45钢进行表面渗Nb处理,用OM、SEM和XRD分析了渗Nb层的显微组织、化学成分及其相组成,测试了渗Nb合金层的显微硬度和表面耐磨性。结果表明：经过离子渗Nb处理后可获得约10μm的表面合金层;渗层中Nb含量随渗层深度呈梯度变化,渗层与基体结合牢固;XRD表明其表面形成Fe3Nb3C,Fe2Nb,NbC和Nb6C5等相。摩擦磨损试验表明：Nb的渗入使45钢基体摩擦系数由0.80左右降到了0.15,磨损失重仅为基体的18%,大大提高了耐磨性能。     

GCr15轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能

对GCr15轴承钢表面渗硼层的生长动力学与机械性能进行了研究.采用固体渗硼的方法,在1123、1173、1223和1323 K温度条件下,分别保温处理2、4、6和8 h,进行渗硼层制备.采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计等对制备的渗硼层进行组织观察与性能分析,并通过试验数据对渗硼层的生长动力学特性进行了研究.研究结果表明:试样表面获得了均匀致密的渗硼层,渗硼层的相成分主要是FeB和Fe₂B;渗硼层的厚度随处理温度与保温时间的增加而增厚,变化范围为33.4~318.5 μm;渗硼层的表面硬度随处理温度及保温时间的增加而增大,主要是由于随着渗硼层厚度的增加,高硬度FeB相的含量上升,低硬度Fe₂B相的含量下降,表面硬度HV_0.1变化范围为1630~1950,与基体组织相比,提高了5~6倍;渗层截面硬度测试结果表明,渗层与基体之间有较宽的硬度梯度过渡;通过Arrhenius公式,对渗硼层的生长动力学方程进行了推导,可知B元素在GCr15轴承钢中的扩散激活能为188.595 kJ·mol-1,对推导的动力学方程进行了试验验证,结果表明最大误差仅4.93%,可有效的实现对渗层厚度的预测.      

TC11辉光等离子表面渗Nb组织及性能研究

利用双层辉光等离子表面渗金属技术(DGPSAT)对TC11进行表面渗Nb处理,用SEM和XRD、EDS以及纳米压入仪分析渗Nb合金层的显微组织、化学成分、相组成及其显微硬度与弹性模量。结果表明:渗层Nb元素呈梯度分布;渗层相主要由Nb在β-Ti中形成的置换固溶体与Al Nb2相组成;渗层有效厚度达到14μm,TC11渗Nb后其纳米硬度提高了1.9倍,而弹性模量相对于基体略有降低。     

铌合金表面辉光等离子渗Mo的扩散研究

利用辉光等离子表面冶金技术在Nb521合金表面制备了Mo合金层,研究了渗Mo过程中的扩散行为:主要分析了渗金属温度,保温时间对渗层厚度和扩散速率的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)观察渗层表面、截面形貌,X射线能谱仪(EDS)检测渗层界面元素分布。实验结果表明,渗层由扩散层和沉积层组成,且组织致密,颗粒细小,无明显显微裂纹等缺陷,与基体结合良好。温度是影响扩散速率的最主要因素,随着温度的升高,扩散速率逐渐增加,而保温时间对扩散速率的影响不大。最佳工艺下,渗层厚度可达26.5μm,扩散层厚度可达6.89μm,扩散速率可达1.73μm.h-1,Mo元素含量从表面到心部呈梯度分步,在涂层与基体的界面处,钼铌原子发生了不同程度的互扩散。最后依据传统扩散理论计算得到了Mo在不同实验温度下的扩散系数,并拟合得到了离子轰击作用下Mo在Nb521合金中的扩散激活能为292 k.Jmol-1。     

不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究

采用多层多道搭接的激光熔覆方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面上分别熔覆两种镍基合金涂层.1#合金涂层的硬度在HRC34左右,无开裂;2#合金涂层的硬度在HRC47左右,易开裂.采用硬度较低的1#合金涂层作为过渡层成功解决了2#合金涂层的开裂问题,成功制备出大面积较厚涂层.经光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)分析可知,大面积熔覆层的表层主要由γ-Ni枝晶、块状γ-Ni和M12C型碳化物增强相组成.显微硬度测试表明,表层平均硬度达HV0.2583,自熔覆层表层至基体,显微硬度逐渐降低.     

表面高硬度和耐腐蚀性高强贝氏体钢制备新工艺

 铁路运输和工程机械等领域对贝氏体钢的耐磨性和耐腐蚀性具有较高的要求,而表面渗硼、渗铬处理是常见的提高表面硬度和耐腐蚀性的有效方法。在已有的研究工作中,获得贝氏体基体的等温淬火热处理和表面改性处理是分开进行的,工序复杂且生产成本增加。提出制备表面高硬度、高耐腐蚀性中碳高强度贝氏体钢的新工艺,将表面改性处理和贝氏体等温淬火工艺一体化,既可以简化制备工艺,又降低了生产成本、减少了环境污染。采用渗硼/铬-等温淬火一体化新工艺制备表面高硬度、高耐腐蚀性中碳高强贝氏体钢,通过组织观察、硬度测试和腐蚀试验等,对比分析了渗硼-等温淬火和渗铬-等温淬火一体化工艺对中碳高强贝氏体钢组织和性能的影响。结果表明,与仅经过等温淬火工艺处理相比,渗硼/铬-等温淬火一体化工艺处理后,贝氏体钢表面均形成了维氏硬度超过1 500HV的渗层(约为贝氏体基体硬度的3.3倍),且在0.5%NaCl溶液中的腐蚀性能明显提高。暴露在0.5%NaCl溶液中3 h后,渗硼层表现出更好的耐腐蚀性能。两种一体化工艺均可制备表面渗层、基体以贝氏体相为主的新型高强贝氏体钢,在相同处理时间下,与渗铬-等温淬火一体化工艺相比,渗硼-等温淬火一体化工艺处理的渗层生长速率快,且渗硼层与贝氏体钢基体的结合强度更高。     

稀土-硼共渗预处理对YG6表面金刚石薄膜质量的影响

分别对YG6(WC-wt.6%.Co)硬质合金基体表面进行常规固态渗硼和固态稀土(CeO2)共渗处理,再以甲烷和氢气为反应气体,采用热丝化学气相沉积法在合金基体表面沉积金刚石膜,通过调控灯丝功率和进气总流量制备微米晶或纳米晶金刚石膜。利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪和洛氏硬度计对渗硼基体和金刚石膜进行检测分析,研究YG6硬质合金基体稀土硼共渗与常规固态渗硼处理对微米晶金刚石膜与纳米晶金刚石膜的物相组成、结构形貌和附着性能的影响。结果表明,与常规固态渗硼处理相比,稀土(CeO2)硼共渗样品表面残留物较少,沉积的金刚石膜样品表面粗糙度低,在1 000 N载荷下薄膜无剥落现象,表现出较好的附着性能;纳米晶金刚石膜的生长速率低于微米晶金刚石膜,但其附着性能明显优于微米晶金刚石膜。     

Ti_2AlNb基合金等离子渗碳层的组织结构与摩擦性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术在Ti2AlNb基合金表面渗碳以提高其耐磨性,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、动态显微硬度系统等对渗碳层的微观组织、相组成及动态显微硬度进行表征,并采用HT2500型摩擦磨损试验机对其耐磨性进行测试。结果表明,经等离子渗碳后Ti2AlNb基合金可获得厚度约11μm的表面渗碳层,且该层碳元素含量由表及里呈梯度变化。合金渗碳层主要由纯C、TiC及Ti2AlC相组成,表面动态显微硬度达9.61 GPa。渗碳试样的比磨损率仅为基体合金的1.82%,耐磨性能大大提高。     

碳钢表面Ni-Cr共渗层的磨损性能研究

采用双层辉光等离子合金化技术在碳钢表面制备Ni-Cr合金层,通过扫描电镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机表征了合金层的组织形貌、显微硬度和摩擦磨损行为。结果表明:双辉等离子镍铬共渗后,碳钢表面形成了有效厚度约12μm的合金层,合金层均匀致密,无孔洞裂纹等缺陷,合金层表面晶粒呈颗粒状,且结聚成团。渗后试样表面显微维氏硬度相对于基体提高了约一倍。合金层具有良好的耐磨性,在常温下的磨损失重相对基体降低了4倍以上。     

钴基合金渗层对钛合金耐磨、抗蚀性能的影响

采用双层辉光渗金属技术在Ti6Al4V钛合金表面制备钴基合金层以增强其耐磨、抗蚀性能,并考察了进行后喷丸复合以改善高温处理中对基材疲劳抗力损伤的处理对其性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、辉光放电光谱仪、显微硬度计、静态压入和动态压压疲劳设备分析和评价了钴基合金渗层的结构、成分分布、硬度和表面韧性,借助球-盘磨损试验机和电化学工作站研究了改性层对基材的干磨损行为和抗3.5%NaCl(质量分数)水溶液电化学腐蚀性能的影响。结果表明:在钛合金表面制备出由20μm沉积层和约5μm扩散层组成的钴基合金渗层,组成元素呈梯度渐变分布,表面硬度达HK_(0.98)N718,由于基材表面硬度提高了近一倍并具有良好的减摩润滑特性,使钛合金表面耐磨性提高了28倍,同时该渗层在3.5%NaCl(质量分数)水溶液中呈现良好的钝化特性,抗腐蚀性能优于钛合金基材。经陶瓷丸以0.15 mm A强度(Almen强度)喷丸后处理的钴基合金渗层的上表面沉积层减薄了1/5,表面硬度稍有增加,且表层硬度梯度呈现出一定程度的变缓,表面韧性却明显增强,但喷丸处理不仅使得钴基渗层表面耐磨性有所降低,其磨损率仅为钛合金的1/10,而且引起钴基合金渗层抗电化学腐蚀性能稍劣于钛合金基材。     

渗硼工艺对汽车用45CrNiMoV热锻模具钢性能的影响

研究了850～950℃3～6 h渗硼处理的汽车发动机曲轴锻造用模具钢的显微硬度、冲击韧性、耐磨性能以及物相组成和微观结构。研究结果表明,925℃渗硼4 h后的样品性能较优,模具钢渗硼层最大HV显微硬度值1712,渗层厚度58.6μm,400℃和24℃冲击韧性值分别为39 J·cm^-2和27 J·cm^-2,90 min摩擦试验后的磨损量6.7 mg。物相组成显示渗硼层主相为Fe₂B,显微结构中可以明显看见渗硼后的渗硼层、过渡层以及基体。     

铸渗法制备硬质合金覆层材料微观结构研究

研究采用铸渗法制备三元硼化物硬质合金覆层钢基材料。确定了以Mo粉、FeB合金粉和Fe粉为基本原料，加入C、NaF、PVB等添加剂，采用铸渗反应烧结工艺，在ZG45铸钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层；利用金相显微镜研究了铸渗覆层的金相组织，利用SEM—EDS研究了铸渗覆层的微观结构和元素分布，铸渗层成分分析表明，在界面结合处实现了合金元素的扩散与渗透，三元硼化物金属陶瓷覆层与钢基体形成了良好的冶金结合。初步讨论了铸渗反应机理。     

20#钢表面镍基添Y2O3激光熔覆层及其高温磨损行为

采用激光熔覆法,在20#钢表面制备出添Y2O3的镍基合金粉末的熔覆涂层.分析了熔覆层的相组成、高温耐磨性能;观察了熔覆层显微形貌.结果表明:所制得的熔覆层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合.添加Y2O3的熔覆层硬度提高到基体的3.9倍,高温耐磨率仅是基体的1/4.熔覆层耐磨能力增强的主要原因是熔覆层与基体良好的冶金结合,镍基合金良好性能,组织细化以及硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用.     

铁基烧结材料的离子氮碳共渗处理

对不同化学成分的铁基烧结零件材料进行了离子氮碳共渗处理，观察工艺参数和合金元素对共渗层相组成、渗层深度、硬度的影响。试验结果表明：共渗温度、时间、气 氛等工艺参数以及在Fe-C烧结材料中添加Mo、Cu等合金元素，明显影响渗层深度和表面硬度。对铁基烧结零件材料进行了离子氮碳共渗处理，当保温时间为2－3h，C3H6O（丙酮）输入量为保护气氛总体积的7％（体积分数，下同）时：材料密度为6．7g/cm^3的Fe-C材料，在560－620℃，可获得530－770HV0.1的表面硬度，渗层深度为0．15－0．65mm，其中化合物层厚度为12－23μm；Fe-C-Cu材料，在560－580℃，可获得640－650HV0.1的表面硬度，渗层深度为0．23－0．38mm，其中化合物层厚度为8－12μm，FC-C-Cu-Mo材料，在560－580℃，要获得760－880HV0．1的表面硬度，渗层深度为0．17－0．25mm，其中化合物层厚度为8－17μm。     

料浆法制备NiCrW基高温合金Al-Si涂层的微观结构与性能

航空发动机涡轮叶片在使用时需加以涂层防护,以提高基体合金的抗高温氧化性能。本研究采用料浆渗铝的制备工艺,以CaCl₂作为活化剂,在NiCrW基高温合金表面制备Al-Si涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对涂层试样的表面和截面进行分析。结果表明,聚乙烯醇水溶液可作为料浆法制备渗铝/铝硅涂层的有效黏结剂;高温扩散的温度和时间显著影响渗铝涂层的厚度。渗剂成分为5%Si+30%Al(质量分数),制备得到的共渗涂层由外而内依次为富Al层、NiAl层和含Si过渡层三部分,涂层致密无明显缺陷,厚度约为57μm。10%Si+25%Al、15%Si+20%Al与20%Si+15%Al共渗涂层由外而内分为富Al层、富Ni层和含Si过渡层三层。Si元素主要以含Si的沉积相形式存在于含Si过渡层中,少量沉积于外层。而Si的少量添加能明显影响Al、Ni元素的扩散过程,从而减小涂层厚度,并由单一NiAl相向富Al、富Ni的镍铝相转变。     

双层辉光离子渗镍基合金Inconel 625

采用双层辉光离子渗金属技术在２０钢、工业纯铁、１８－８不锈钢３种材料表面进行表面合金化。结果表明：可以在３种材料表面获得成分类似于镍基合金Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５及与Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５不同的表面合金渗层。并对渗层成分控制、组织结构和耐蚀性进行研究。