TC4钛合金表面WSi_2/W_5Si_3复合涂层制备及性能研究

利用磁控溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及热扩散渗硅方法在TC4钛合金表面制备WSi_2/W5Si_3复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对复合涂层的结构、组织形貌以及微区化学成分进行分析;对复合涂层显微硬度、附着力以及耐磨性进行测试。结果表明:WSi_2/W5Si_3复合涂层的WSi_2层和W_5Si_3层厚度分别为20、56μm,显微硬度平均值分别为10.70和8.32 GPa; WSi_2/W_5Si_3复合涂层与基体结合力为171.6 N; WSi_2/W5Si_3复合涂层表面摩擦因数为0.75,磨损率为1.184×10~(-6)mm~3·mm~(-1)。在TC4钛合金表面制备的WSi_2/W_5Si_3复合涂层结构均匀致密,与基体结合良好。     

冷喷涂TC4合金涂层性能研究

冷喷涂技术由于处理温度低,在制备易氧化和热敏感材料方面有很大的优势,特别是制备钛合金涂层能保持钛不被氧化发蓝。不锈钢受氯离子影响在海洋环境中点蚀风险极大,影响了其在海洋环境的应用,钛合金涂层则可以有效的解决这个问题。本文采用冷喷涂方法在不同工艺参数下在304不锈钢表面制备了Ti-6Al-4V(TC4)合金涂层,利用微观方法观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4合金涂层表观形貌较为粗糙,且内部组织结构不够紧密,氧化程度没有明显增加,但是腐蚀电化学行为与TC4基体相当,是理想的表面处理技术,作为涂层材料可大大提升不锈钢在海洋环境下的耐点蚀性能,具有广阔的应用前景。     

钛合金表面非平衡磁控溅射沉积NiCoCrAlY涂层

采用非平衡磁控溅射技术在TCA钛合金表面沉积NiCoCrAlY抗烧蚀涂层，分析了不同溅射工艺下沉积涂层的微观结构以及对涂层组织的影响。结果表明：溅射沉积涂层成分主要与靶材成分均匀性有关，沉积涂层的成分与靶材成分基本一致；溅射过程中由于涂层表面不均匀的择优生长，造成涂层表面粗糙度有提高的趋势，涂层表面会产生大量的微米级的颗粒状突起以及出现少量直径约十几个微米的圆丘形突起，都呈现中心高、四周低的特征。实验制备涂层厚度在7～60μm之间，组织致密，厚度均匀，与基体结合良好，涂层增厚与溅射时间呈线性关系。XRD分析说明涂层表面主要是AlNi3，Al0.9Ni0.22相，其他涂层元素以非晶态存在，随涂层沉积时间延长，涂层表面晶态结构发生破坏，涂层元素之间形成的化合物相趋于消失。     

钛合金表面多弧离子镀TiAlN薄膜微观组织结构及性能研究

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积了TiAlN涂层。金相截面组织观察和扫描电镜表面形貌照片显示，制备出的膜层连续、光滑、孑L隙率低、组织致密；X射线衍射分析表明，膜层的相结构中大致含有以下组成相：（Ti，A1）N、Ti2A1N、Ti。用EDS能谱分析对膜层中的元素含量进行了测定，发现Al元素出现了成分负偏析。性能测试表明，TiAlN膜具有较高的硬度和膜／基结合力。     

两种封严涂层与钛合金摩擦磨损性能研究

采用热喷涂工艺在TC4钛合金表面制备KF-20B和KF-118封严涂层,利用环块式滑动磨损试验机测试封严涂层与TC4钛合金对磨时的室温摩擦磨损性能,并通过SEM和EDS分析了涂层和钛合金对磨环的磨损表面和磨屑形貌。结果表明:与TC4钛合金对磨时,KF-20B与KF-118涂层的摩擦系数均为0.4左右。KF-20B涂层中的润滑材料除了BN还包含石墨,KF-118涂层中的膨润土具有优异的润滑和减摩作用,从而降低了摩擦系数,提高了与TC4钛合金的对磨匹配性能。     

TiCN基陶瓷刀具表面TiAlN涂层的制备及其性能研究

利用离子辅助增强磁控溅射与蒸发镀二元组合源设备在TiCN基陶瓷刀具表面制备TiAlN涂层;为提高膜基结合力,采用蒸发镀技术预先沉积一层CrN/Cr过渡层。利用X射线衍射仪、维氏显微硬度计、洛式硬度计、摩擦磨损试验仪等设备,系统分析了CrN/Cr过渡层对涂层微观结构、显微硬度、膜基结合力及耐磨损性能的影响。结果表明,CrN/Cr过渡层的存在,使膜基结合力和涂层耐磨损性能得到大幅度提高。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

Si含量对TiAlSiN纳米复合涂层的微观结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiAlSi复合靶,在Si基底片上用射频磁控溅射工艺沉积了TiAlSiN纳米复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕技术研究了Si含量对TiAlSiN涂层的微观结构和力学性能的影响.结果表明:TiAlSiN涂层内部形成了Si3N4界面相包裹TiAlN纳米等轴晶粒的纳米复合结构.随着Si含量的增加,TiAlSiN涂层的结晶程度先增加后降低,涂层内部的晶粒尺寸先减小后趋于平稳,涂层的力学性能先升高后降低.当Si与TiAl原子比为3∶22时获得的最高硬度和弹性模量分别为37.1GPa和357.3 GPa.     

Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr涂层与TA2钛合金电偶腐蚀行为

采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备γ-TiAl基Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr合金耐蚀防护涂层,实现γ-TiAl基涂层的原态制备,并对涂层微观结构及电化学性能进行研究。结果表明：在涂层中的Al、V元素富集区,喷涂颗粒发生显著的塑性变形,有利于TiAl合金颗粒的沉积成形;通过在5083铝合金表面制备TiAl合金防护涂层可使其与TA2钛合金的接触腐蚀电流由16.2μA降为0.191μA,接触腐蚀敏感性由E级降到A级,喷涂件可与TA2钛合金直接接触使用,解决了铝合金与钛合金的接触腐蚀防护问题。     

钛合金表面热喷涂NiCrAl涂层和热障涂层的氧化性能

采用超音速等离子喷涂技术在TC4和Ti40钛合金表面制备NiCrAl及NiCrAl+ZrO2热障涂层,测定TC4、TC4+NiCrAl、TC4+NiCrAl+ZrO2、Ti40、Ti40+NiCrAl、Ti40+NiCrAl+ZrO2在600℃下的氧化动力曲线。通过扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析研究钛合金、NiCrAl涂层和热障涂层组织形貌。结果表明:TC4在600℃的抗氧化性能优于Ti40;NiCrAl涂层与热障涂层能明显提高TC4和Ti40在600℃下的抗氧化性;600℃下氧化100h后,NiCrAl涂层、NiCrAl+ZrO2涂层与TC4界面处出现了扩散带和锯齿状的相,而与Ti40界面处只出现了扩散带,未发现锯齿状的相。     

粉末渗镀技术研究情况浅议

在多种渗镀技术的基础上,介绍了国内外粉末渗镀表面强化技术,包括单元渗镀,二元渗镀以及多元渗镀技术等,并对该技术在改善材料表面性能,提高其使用效果,尤其是高温抗氧化,抗蚀性及耐磨性等方面进行了分析。     

超微碳化钼粉体的制备及其形成涂层的磨损性能研究

利用自行设计的高能机械化学球磨机,在室温下使钼粉在煤气气氛下高能球磨得到了超微碳化钼粉体。分别利用X射线衍射仪、扫描电镜及透射电镜对制得的粉体的结构和粒度进行了分析。结果表明,在球料比为8∶1的情况下经过30 h球磨,得到了六方结构的MoC粉体,粉体平均粒度在100 nm左右。以Ni60为粘结金属并分别加入5%、10%和15%的超微碳化钼粉体,利用等离子喷涂在40Cr钢基体表面形成热喷涂层。通过对涂层进行磨损试验表明,加入超微MoC粉体的涂层的耐磨性显著提高,并且涂层的耐磨性随MoC粉体加入量的增加而提高。     

Influence of silicon coating on the corrosion resistance of Zn-Al-Mg-RE-Si alloy

The electric arc spraying method was used to prepare the Zn-Al-Mg-RE-Si alloy coating with different content of silicon.The corrosion resisting property was measured by copper accelerated salt spray(CASS) and corrosion weightless test.The influence of silicon content on the corrosion resisting property was investigated by XRD,SEM,polarization curve and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and the electrochemical property of coating in the corrosion process was analyzed.The results showed that the density of coating was improved significantly since the major nonequilibrium glass-like state phase was composed of silicon and other metals existed in the Zn-Al-Mg-RE-Si alloy coating,which prevented the corrosive medium and retarded the corrosion velocity because of compact corrosion products in the corrosion embryo.The Zn-Al-Mg-RE-Si coating had better corrosion resistance than the Zn-Al-Mg-RE because of more positive potential,half corrosion current density and double electrochemical reaction resistance.     

某特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究

为给某特殊锻件提供满足缺口应力断裂性能的大规格TC4钛合金棒材,将3次真空自耗熔炼得到的5 t重的Ф720 mm TC4钛合金铸锭,分别采用β相区开坯+两相区直拔锻造和β相区开坯+两相区锻造(镦拔+直拔)两种工艺,制成Ф350 mm TC4钛合金棒材。第二种工艺制备的锻棒组织的均匀性及等轴化程度、超声波探伤水平均优于第一种工艺制备的棒材;普通退火处理后棒材的室温塑性和缺口应力断裂性能也较好;各项技术指标均符合标准要求。     

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

High Temperature Erosion Performance of Nanostructured and Conventional TiAlN Coatings on AISI-304 Boiler Steel Substrate

According to modern design philosophy better overall performance can be obtained with the modification of the surface structure and their properties without damaging underlying bulk material or substrate. The surface engineering can be classified in two broad classes: surface modification and surface coating. In the present research TiAlN coating was deposited on AISI-304 grade boiler steel using three different techniques, out of which two were thin nano coatings deposited at different temperatures of 500 and 200 °C developed by Oerlikon Balzers rapid coating system machine under a reactive nitrogen atmosphere. One conventional coating of TiAlN was deposited by plasma spraying method. The coated samples were characterized relative to their coating thickness, microhardness, porosity and micro structure. The optical microscopy, the X-ray diffraction analysis and field emission scanning electron microscope (FESEM with EDAX attachment) analysis have been used to identify various phases formed after coating deposition on the surface of AISI-304 grade boiler steel. The erosion studies were conducted on uncoated as well as coated specimens in simulated coal fired boiler environment using an air jet erosion test rig at various impingement angles of 30°, 60° and 90°. The alumina particles of average size of 50 µm were used as erodent at a velocity of 35 m/s. The eroded samples were analysed with SEM/EDAX and optical profilometer. The main objective of this research work was to increase the life of boiler tubes by using nanostructured and conventional TiAlN coatings and at the same time to compare the performance of coatings with respect to bare AISI-304 grade boiler steel. The nanostructured TiAlN coatings has shown minimum erosion rate as compared to conventional TiAlN coating and uncoated AISI-304 grade boiler steel. Maximum erosion was observed at an angle of 30° as compared to 60° and 90° indicative ductile behaviour.     

锻造加热温度和变形量对TC18合金性能的影响

通过TC18不同锻造加热温度、不同锻造变形量的锻造试验,研究了TC18合金性能随锻造加热温度和变形量变化的规律,得出如下结论：为获得良好的拉伸性能和冲击韧性,TC18合金应采取近β锻造,锻造加热温度应控制在Tβ~（Tβ＋30）℃范围内,同时锻造变形量应控制在55%~70%。     

TC19钛合金棒材的研制

用1 t真空自耗电弧炉试制出360 mm的TC19合金铸锭。采用常规β锻造+(α+β)锻造和高-低-高锻造(即β锻+(α+β)锻+β锻)两种锻造工艺,分别制备出相同规格的60 mm TC19钛合金棒材,锻棒微观组织细小均匀,均为在β转变基体上均匀分布的等轴初生α组织。对两种工艺的锻棒进行双重退火和固溶加时效处理,处理后的显微组织和力学性能均符合MIL-T-9047标准的要求。常规锻造工艺和高-低-高锻造工艺均可用来锻造TC19合金棒材,但采用高-低-高锻造工艺得到的棒材的力学性能优于常规锻造工艺。