无涂层激光冲击强化对40CrNiMo结构钢摩擦磨损性能的影响

目的 采用无涂层激光冲击强化技术诱导残余压应力和细化晶粒,提高40CrNiMo结构钢的显微硬度及耐磨性。方法 采用高功率激光束对40CrNiMo结构钢表面进行激光冲击强化处理,通过显微组织观察、XRD检测、显微硬度测试、残余应力测试、摩擦磨损实验及磨损形貌观察,对比分析未处理试样、有涂层激光冲击强化处理试样和无涂层激光冲击强化处理试样的显微组织、显微硬度、残余应力和摩擦磨损性能。结果 在有/无铝箔涂层、去离子水约束层作用下分别对40CrNiMo结构钢试样进行有涂层/无涂层激光冲击强化处理,诱导产生残余压应力和晶粒细化,试样表面显微硬度分别提高至313.5HV和336.9HV,提高了约13.5%和21.9%,表面最大残余压应力达到–405.3 MPa和–326.6 MPa;有涂层激光冲击强化处理试样的摩擦因数较稳定,降低了约14.1%,而无涂层激光冲击强化处理试样的摩擦因数出现较大波动,在摩擦磨损前期,摩擦因数降低了22.9%;在摩擦磨损中后期,摩擦因数降低了7.9%。未处理试样的磨损量为13 mg,有涂层激光冲击强化处理试样和无涂层激光冲击强化处理试样的磨损量分别为6mg和8mg,减少...     

Ti6Al4V钛合金超声波冷锻/微弧氧化涂层的制备及耐磨性能

为了提高生物医用钛合金的耐磨性,利用超声波冷锻技术(UCFT)作为预处理,采用微弧氧化(MAO)技术制备出具有生物活性的MAO涂层。采用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测量钛合金UCFT处理后表面纳米晶粒大小和表面粗糙度,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量涂层的微观形貌、相组成和显微硬度,并在高速往复摩擦磨损试验机上对试样进行摩擦学性能测试。结果表明:超声波冷锻后的钛合金表面晶粒得到细化,平均表面粗糙度仅为36.98nm;UCFT-MAO涂层的显微硬度从330HV0.05提高到518HV0.05,经超声波冷锻预处理后的微弧氧化涂层的摩擦因数降低,UCFT-MAO试样在仿生液中的磨损量仅为基体试样的1/3。超声波冷锻技术作为预处理,显著提高了钛合金微弧氧化涂层的耐磨性能。     

超声波冲击技术对AA6061-T6空蚀行为的影响

AA6061-T6铝合金因较高的比强度、良好的可成型性广泛应用于汽车工业中,但较差的空蚀性能极大的降低了其使用寿命。利用超声波冲击技术在AA6061-T6表面制备了塑性形变强化层,研究塑性形变强化层的微观组织、残余应力及显微硬度分布和抗空蚀性能。结果表明,超声波冲击强化后铝合金表面择优取向由原始的(200)转变为(111),并形成约140μm塑性变形层。与未强化试样相比,强化试样表面显微硬度提高了80.7%,并形成140μm硬化层;表面植入残余压应力达到-259 MPa,残余压应力层深达到700μm。超声波冲击强化处理后的空蚀性能提高2.36倍;空蚀表面形貌分析表明强化后试样空蚀机制由韧性断裂转变为脆性断裂和疲劳破坏。研究表明超声波冲击强化后试样表面晶粒细化、择优取向转变、硬度提高以及较高残余压应力等增强了材料的抗空蚀性能。     

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层

在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层.结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层.与激光外延生长涂层相比,微弧火花外延涂层能够保持完全的柱状晶结构,而激光外延涂层表层通常会形成等轴晶层;另外,在组织均匀性、组织粗细、界面熔合区大小等方面微弧火花涂层具有明显的优势.     

SCH13钢表面微弧火花沉积Stellite合金

采用高能微弧火花沉积技术在SCH13钢表面制备Stellite合金涂层.利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪对沉积层的显微组织形貌、成分及结构进行分析,并对微弧火花单脉冲沉积斑的形成与生长机制进行重点研究.结果表明,高能微弧火花作用下Stellite合金单脉冲沉积斑呈飞溅状,大量单脉冲斑的不断叠加最终形成具有一定厚度的沉积涂层.微弧火花沉积层依附于基体的界面以柱晶组织呈外延生长,并与基体形成良好的冶金结合,涂层稀释率较低,主要由γ-Co固溶体和铬的碳化物组成.随着工作电压的增加,沉积层显微组织略有粗化,其平均硬度较Stellite合金电极材料有显著提高.     

镁合金电火花沉积改性层性能及组织结构的研究

应用电火花沉积设备在AZ91D镁合金表面沉积纯铝涂层进行表面改性处理,研究了电火花沉积工艺参数以及前处理对沉积改性层性能和组织结构的影响;并结合扫描电镜、中性盐雾试验等研究手段对镁合金改性涂层的微观表面形貌、截面形貌、腐蚀情况以及显微硬度进行了分析和对比;同时,也对镁合金表面沉积纯铝涂层的沉积机理和沉积层改善基体耐腐蚀性、硬度进行分析与讨论。研究结果表明:电火花沉积工艺参数及预处理对AZ91D镁合金表面沉积纯铝涂层的组织结构、微观形貌特点有重要影响;电火花沉积工艺参数的降低以及沉积前对母材和电极的预热处理,涂层表面显微硬度较基材有了较大程度的提高;同时,强化层组织结构均匀致密、涂层厚度适中、涂层内部裂纹孔洞等缺陷明显降低,与镁合金基材相比,表现出较好的耐腐蚀性能。     

超声冲击强化焊接接头及金属表面强化研究进展

工程机械零件及焊接结构在服役过程中常常因为表面发生磨损、腐蚀和疲劳断裂而失效,而失效形式与其表面加工质量、应力分布状态和表面性能等因素密切相关。超声冲击是一种利用超声波振动驱动冲击针高速撞击工件表面,使工件表面产生塑性变形和残余压应力的表面强化技术,具有效率高、加工精度高以及加工范围广等优势。概述了超声冲击处理技术在焊接接头处理、金属材料表面强化、激光熔覆–超声冲击复合处理以及超声冲击–化学处理复合强化等方面的研究现状及进展。在此基础上,重点综述了超声冲击处理Al、Mg合金及合金钢焊接接头残余应力、力学性能及抗疲劳性能的变化,归纳了传统金属材料以及新兴高熵合金表面超声冲击处理后的组织、微观亚结构及性能变化,总结了超声冲击对激光改性层组织性能的影响规律以及超声冲击预处理对离子渗氮/渗硫层形成及其性能的影响等。超声冲击处理明显降低了焊接接头的残余拉应力,有效提高其疲劳强度,使金属和涂层表面产生纳米化组织,显著提升材料的表面硬度、耐磨性能、耐蚀性能以及耐高温性能,从而延长工程构件的服役寿命。显然,超声冲击处理技术与表面涂层技术相结合,为工程零部件表面强化提供了新的思路。对于表面涂层,超声冲击...     

大风沙地区铝合金接触网零部件表面处理的优选

目的提高铝合金接触网零部件表面耐磨损性能,以增加其在大风沙地区的使用寿命。方法对接触网零件切割进行试样制备。在硅酸盐体系电解液中,采用20 k W直流脉冲微弧氧化设备对试样表面进行微弧氧化处理,电解液为硅酸盐,氧化时间为30 min。同时制备阳极氧化处理的平行试样。通过硬度测试、摩擦磨损试验以及扫描电子显微镜(SEM)测试,分别评价两种表面处理方式的表面硬度、耐磨性能,利用中性盐雾试验来评价其耐腐蚀性能,并通过扫描电子显微镜来观察两种膜层的差异。结果通过对铝合金接触网进行阳极氧化和微弧氧化处理能明显提高表面耐磨性。阳极氧化膜层硬度为350.3HV,微弧氧化膜层硬度约为阳极氧化膜硬度的4倍,达到1510.8HV。经过HT-600高温摩擦磨损试验机30 min的磨损试验,铝合金基体质量损失2 mg,阳极氧化膜质量损失0.8 mg,而微弧氧化膜的质量损失只有0.15 mg左右,且微弧氧化膜层表现出了更好的耐腐蚀性能。结论微弧氧化膜层能表现出更加优异的耐磨及耐腐蚀性能,因此微弧氧化更适合大风沙地区铝合金零件的表面处理。     

超声波冲击对Q415NH焊接接头疲劳性能影响

采用超声波对Q415NH耐候结构钢焊接接头进行冲击处理,并对超声波处理前后的两组试样分别进行了透射电镜分析、显微维氏硬度测试、疲劳强度试验,研究其超声波处理前后疲劳性能的性能变化。结果表明:超声波冲击处理能明显细化焊趾表面处晶粒,有助于提高其力学性能;处理后的焊接接头表面硬度得到一定程度的提高,强度提高;超声波冲击后焊件的疲劳性能得到大幅度提高。     

电火花沉积工艺对汽车用镁合金涂层结构及腐蚀性影响

应用电火花沉积设备在AZ91镁合金表面进行表面处理,研究了沉积工艺参数对沉积层性能及组织结构的影响,并利用扫描电镜、NaCl浸泡试验等研究手段对镁合金改性层的微观表面形貌、截面形貌、浸泡试样腐蚀产物进行分析;并对涂层改善基体腐蚀性的机理进行分析与讨论。结果表明:采用沉积频率200 Hz、空占比50%和35 V的沉积电压进行电火花沉积时,强化层的组织均匀、结构致密、涂层厚度适中、涂层内部孔洞、缺陷明显降低,与基材相比,表现出较好的耐腐蚀性能。     

湿法超声机械镀锌技术研究

目的改进滚筒式机械镀锌设备对零件尺寸的限制,实现较大尺寸零件的机械镀锌。方法提出一种新的机械镀锌工艺,即用超声振动系统为冲击介质提供动力,冲击锌粉颗粒到工件表面,形成镀锌层。观察镀锌层的微观表面形貌和断面形貌,测试镀锌层的结合强度,利用中性盐雾试验评判镀锌层的耐腐蚀性能。结果在工件表面获得了一定厚度的镀锌层,镀层表面细腻、均匀、平整,无凹凸不平结构。镀层是由锌粉颗粒镶嵌、填充而成的致密堆积体,与基体的结合强度高,耐腐蚀性能好。结论湿法超声机械镀锌工艺可以对较大尺寸零件进行机械镀锌。     

超声冲击处理S30408不锈钢的微观组织演变与电化学性能

通过超声冲击处理(UIT)方法在S30408奥氏体不锈钢表面构筑梯度纳米结构,通过XRD、硬度测试、光学显微镜、扫描电镜和电化学测试等方法研究了超声冲击时间对试验钢表层纳米微观结构和耐腐蚀性能的影响。结果表明,超声冲击处理后在材料表层产生了一定深度的硬化层,同时引入了残余压应力,且残余压应力和硬度均随着超声冲击时间的增加而增加,在超声冲击时间为300 s时分别达到最大值740.12 MPa和82.22 HRB。超声冲击处理后试样表层观察到呈梯度变化的微观结构,可分为纳米层、剧烈塑性变形层和基体。超声冲击使表层晶粒得到细化,并引发了马氏体转变,超声冲击时间为300 s时的晶粒尺寸最小,马氏体转变量最大,分别为14.82 nm和39.80%。超声冲击处理对S30408不锈钢耐蚀性能的影响是晶粒尺寸、残余应力、马氏体相变含量、表面缺陷等因素共同作用的结果,超声冲击时间为180 s时试样的耐蚀性最好,自腐蚀电流密度为1.22 μA/cm²。     

铁基粉末冶金零件电镀前二次水基防锈溶液的封孔技术研究

目的铁基粉末冶金零件具有特殊的疏松和多孔结构,在前处理、电镀、钝化等过程中易造成零件孔隙的酸、碱、盐等残留,镀后零件在使用过程中也易出现耐腐蚀性能下降或镀层脱落的现象。因此,对铁基粉末冶金零件孔隙进行封闭是一种提高镀层防腐蚀性能和结合性能的有效方法。方法采用一种专用的粉末冶金零件水基防锈封闭溶液,对零件孔隙进行前处理前的第一次封闭和前处理后的第二次封闭。其孔隙封闭原理是在镀前处理前,利用水基防锈溶液中的缓蚀剂、钝化剂等成分的扩散、渗透,在孔隙处发生吸附、钝化及沉淀等反应,来减轻或避免前处理过程中接触到的酸、碱等成分在孔隙的残留;再在电镀前处理后,进行第二次防锈水溶液的封闭处理,可进一步强化粉末冶金零件的钝化封闭效果。结果没有经过防锈水溶液封闭处理的白钝化锌镍合金镀层(滚镀零件),在96 h盐雾试验后,表面出现了轻微的腐蚀;经过一次防锈水溶液封闭处理的锌镍合金镀层,在120 h后出现了轻微的腐蚀;经过二次防锈水溶液封闭处理的锌镍合金镀层,在240 h后未出现腐蚀。结论粉末冶金零件经过这二次封闭处理,再进行电镀Zn-Ni合金及镀层钝化处理,可以有效提高零件表面镀层的耐腐蚀性能和结合性能。     

超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能

用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接,采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理;通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明,未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹,裂纹与载荷方向呈45°;经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂;超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层,降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中,使表面残余拉应力变为了压应力,有利于改善缝焊接头的疲劳性能.     

难加工材料铣削残余应力研究进展

镍基高温合金、钛合金等材料具有良好的高温强度、耐热性和耐腐蚀性等优异性能,已广泛应用于航空航天领域,然而这些材料属于典型的难加工材料,其相对切削加工性能很差,且已加工表面易产生显著残余拉应力,严重影响零部件使用寿命及性能。通过适当的方法调整和控制已加工表面的残余压应力,可以明显提高零件疲劳强度和耐腐蚀性。压应力制造技术是指以获得残余压应力为目标的制造技术,是一种典型的抗疲劳方法。将超声技术与其他加工方法复合实现残余压应力的主动控制,是目前抗疲劳制造技术的主要方法之一。然而,由于受超声加工的临界速度限制,超声与高速复合加工的研究相对较少,但两者均是目前压应力制造领域高度关切的先进加工方法,如果两者能有效复合,必将使核心部件制造在保证更加优良的抗疲劳性能的同时,获取更高的效率。通过分析铣削加工、高速加工以及超声振动加工中残余应力的研究现状,提出可将高速加工和超声振动加工相结合,从而实现难加工材料的高效压应力制造。     

Development of a new tool to generate compressive residual stress within a machined surface

Generally, critical machined parts such as aircraft parts require high fatigue strength and resistance to stress corrosion cracking. These machined parts almost all usually have tensile residual stress within the machined surface after milling. However, if the compressive residual stress within the machined surface can be obtained by a milling process alone, it is expected that fatigue strength and resistance to stress corrosion cracking of the machined components will be improved. The purpose of this study is to develop a new tool that can generate compressive residual stress within the machined surface concurrently with the milling process. This tool has cutting edges for material removal and a projection pin for a burnishing-like process. It was shown that the proposed cutter could generate effective compressive residual stress within the machined surface during the milling process. Residual stress levels were in the region of −100 to −200 MPa on the machined surface, and −300 to −400 MPa at 0.05 mm beneath the surface. These levels are almost comparable with those obtained by the shot peening process.     

烧结Nd—Fe—B永磁体化学镀Ni—Cu—P性能研究

通过适当的预处理工艺,在烧结Nd-Fe-B永磁体表面直接实用化学镀Ni-Cu-P,不需要预镀处理,用X－射线衍射仪,扫描电镜分析与镀层的结构和表面形貌、测试了镀层的耐蚀性能和结合强度。结果表明,Nd-Fe-B永磁体经化学镀Ni-Cu-P后,可以获得与基体结合良好,孔隙率低、耐蚀性高的镀层。     

镁合金表面超声微弧氧化载氟生物涂层耐磨性和耐蚀性

目的提高医用镁合金微弧氧化涂层的耐蚀性、耐磨性,并赋予涂层抗菌性和生物活性。方法镁合金表面采用超声微弧氧化技术,在镀液中加入0.4、1.4、2.4、3.4 g/L的Na F,制备载氟生物涂层。通过SEM观察载氟对涂层表面形貌的影响,分析涂层的主要元素变化,进行了涂层厚度、孔隙率、拉伸强度的测定,并进行了摩擦磨损实验、电化学腐蚀实验、覆膜抗菌实验,评价了不同载氟生物涂层的结合性能、耐磨性能、耐蚀性和抗菌性。结果适量载氟生物涂层表面分布了均匀的孔隙。随着NaF浓度的增加,涂层中氟元素的含量升高,涂层厚度也随之增加,且涂层的结合强度提高了3.5~10.0 MPa。氟元素可促进涂层表面氧化物反应膜的形成,有利于减轻粘着磨损,使摩擦系数降低了0.17~0.35。载氟涂层的自腐蚀电位提高了95~170 m V,而自腐蚀电流降低约两个数量级,涂层抗菌率为61%~76%。结论超声微弧氧化镀液中添加Na F,提高了涂层结合强度、耐磨性、耐腐蚀性,涂层具有一定的抗菌性,实现了生物涂层的多功能性。     

65Mn高弹性垫片的机械镀锌研究

目的克服65Mn高弹性垫片电镀锌产生的氢脆问题。方法采用机械镀锌方法在65Mn高弹性垫片表面制备了镀锌层,采用目测法观察镀层的外观及镀层完整情况,采用硫酸铜试验分析镀层厚度的均匀性,采用划格试验法测试镀层的结合强度,采用铁试剂方法检测镀层的孔隙率,通过预紧固检测分析了镀液p H值对镀后垫片氢脆的影响,采用中性盐雾实验法检测了钝化对镀层耐蚀性能的影响。结果制备的机械镀锌层表面平滑,覆盖完整,无起皮、漏镀等缺陷。镀层呈灰亮色,厚度均匀,具有足够的致密度。当镀液环境的p H值较低时(1~2和2~3),施镀过程造成一定程度的氢脆隐患;镀液环境的p H值为3~4时,机械镀锌垫片不会发生裂纹或断裂。结论施镀时,镀液环境的p H值调整为3~4,或垫片在镀锌后装配前自然放置1~2周,采用机械镀锌的方法可消除65Mn高弹性垫片镀锌过程中的氢脆现象。钝化处理可推迟或防止65Mn高弹性垫片机械镀锌层白锈的产生。