工业纯铁电极材料表面渗钼的工艺

利用双辉等离子渗金属技术,在工业纯铁电极材料表面进行正交渗钼试验,用极差分析方法研究了极间距、温度、时间、源极电压和气压对合金渗层厚度的影响,并对渗钼的工艺参数进行优化。采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、扫描电镜(SEM)和能谱仪观察合金渗层的金相组织及厚度,测定合金渗层的物相组成和渗层硬度,检测合金渗层的形貌、元素分布。结果表明:渗钼工艺优化参数为源极电压800~850V,保温温度1 020℃,保温时间4h,工作气压35Pa,极间距20mm,可获得满足试验要求的80μm的合金渗层;合金渗层组织为柱状晶,Mo元素在合金渗层中呈梯度分布,合金渗层的物相为Fe(Mo)固溶体和Mo相,合金渗层的硬度呈下降趋势,渗钼后试样的表面硬度为248.5HV0.05。     

双辉等离子表面冶金Ti-Cu阻燃合金的制备工艺

为解决整体阻燃钛合金存在的比强度低、加工性差及价格昂贵等问题,利用双层辉光离子渗金属技术,在Ti-6Al-4V的表面渗入Cu元素,在其表面形成Ti-Cu阻燃合金层.研究了温度、保温时间、源极电压、工件电压、极间距等工艺参数对渗层显微组织、成分及厚度的影响,得出了适合的工艺参数.870℃渗铜3.5 h,渗层厚度可达到200μm以上.阻燃合金层的成分呈梯度分布,显微组织为基体组织加弥散分布的Ti2Cu金属间化合物.初步阻燃实验证明,渗Cu合金层起到了预期的阻燃效果.     

基于正交试验研究0Cr18Ni9Ti不锈钢等离子渗铪的最优工艺

采用L16正交实验,对0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢双辉等离子渗铪行为进行研究,分析了影响渗铪合金层厚度的主次因素,取最主要因素进行单因素实验,并分析最优工艺下渗铪合金层的元素分布、物相结构以及硬度。结果表明:影响本试验的因素主次为温度时间电压气压极间距,优化的工艺参数为源极电压790~810 V,保温时间5 h,极间距25 mm,气压35 Pa,最主要因素温度的优化值为1100℃,此工艺下渗层厚度为35μm;表面组织晶粒细小、分布连续致密、无裂纹,由表及里铪元素含量呈梯度降低,硬度亦呈梯度降低,渗层表面硬度为600 HV0.1,比基材硬度提高约3倍,渗层物相主要为Hf2Fe、Hf C、Hf。     

Ti-6Al-4V合金表面等离子Nb合金化工艺

采用双辉等离子表面冶金技术对Ti-6Al-4V合金进行等离子渗铌处理。研究了温度与保温时间对合金层元素含量和渗层厚度的影响,以确定最佳渗金属工艺参数。利用光学图像分析仪以及辉光放电能谱仪观察和测定合金层的金相组织、渗层厚度及成分。结果表明,在极间距和气压恒定的条件下,渗层厚度及成分与温度和保温时间有关。温度过高或保温时间过长均会在Ti-6Al-4V试样表面产生较厚的Nb沉积层。经优化工艺参数,选择850℃保温3 h渗铌,得到一定厚度且与基体为冶金结合的合金层。该合金层可以克服Ti-6Al-4V合金耐磨性差的缺点。     

纯钛TA2表面等离子Nb合金化工艺研究

研究了纯钛TA2表面等离子Nb合金化工艺实验。分析了预轰击时间、放电气压、源极电压、工件电压、工件温度和保温时间等参数对渗层Nb含量的影响,在此基础上得到优化的工艺参数。结果表明:预轰击时间较长能够获得Nb含量较高的渗层;气压65 Pa可以得到最佳质量的渗层;合理的源极电压为600～500 V,工件电压为400～200 V;温度、时间的影响规律符合一般的扩散定律,适宜的处理温度为1000℃,保温时间为4 h。     

TC4钛合金的双辉等离子渗氮

钛合金具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等优点,但耐疲劳性能、耐磨性较差,使其应用受到限制。为了改善钛合金的表面性能,对TC4钛合金进行了双辉等离子渗氮,并研究了渗氮气氛中氩气与氮气的流量比对渗氮层硬度、相结构、弹性模量和摩擦磨损性能等的影响。双辉等离子渗氮的工艺参数:氩气与氮气的流量比为1:1、1:2和1:3,极间距10 mm,工件电压520 V,源极电压920 V,渗氮时间5 h。结果表明:采用氩气与氮气的流量比为1:3的渗氮气氛等离子渗氮的合金渗层较厚,约10 μm,表面硬度最高,为1 296.25 HV0.2,且其摩擦因数曲线也为最优,耐磨性能最为优异。     

纯铜双层辉光离子临界区渗钛研究

利用双层辉光离子渗金属技术在纯铜表面制备了铜钛合金层。实验结果表明，合金层由以铜钛化合物为主的表层和钛在铜中α固溶体与弥散分布的Cu4Ti有序相的次表层组成。在源极与工件间距固定的条件下，表层成分受源极电压、工件电压和温度的影响，次表层厚度主要受温度和时间影响。在扩渗初期，轰击离子的强度对钛元素有催渗作用。源极电压与工件电压之比V源/V工≥2，气压选在(25～40)Pa有利于铜钛合金层的形成。纯铜渗钛虽可使材料表面强化，但表面电阻明显增大。     

双辉离子W、Mo、Ti三元共渗特性研究

采用双层辉光离子渗金属技术，对工业纯铁、20钢、45钢和T8钢进行了W、Mo、Ti离子三元共渗，着重探讨了Ti的渗入特性。结果表明，渗层成分、组织因工艺条件不同而异，典型组织为合金沉积层、合金铁素体和合金珠光体。在同样工艺条件下钛元素不易渗入，在渗层中浓度较低，但通过工艺参数和源极成分的合理调整，可获得约2％Ti，W、Mo浓度与高速钢类似的合金铁素体层，为含钛表面冶金高速钢的制备提供了必要条件。     

TiAl合金双层辉光表面等离子渗Nb工艺

利用双层辉光等离子渗金属技术对TiAl合金进行离子渗Nb处理,研究了温度和保温时间对渗层合金元素含量和渗层厚度的影响,确定较合理的渗金属工艺参数。利用图像分析仪和辉光放电光谱仪观察和测定渗层金相组织、渗层厚度及合金层的成分。结果表明,在极间距与工作气压一定的条件下,渗层厚度及成分与温度和保温时间有关。温度过低或保温时间过长均使TiAl试样表面产生Nb沉积层。经优化工艺参数试验,选择1100℃×3h渗Nb,得到一定厚度且与基体结合牢固的合金渗层,这对改善TiAl合金的耐磨性和抗高温氧化性是有利的。     

加弧辉光放电等离子表面合金化

介绍了加弧辉光离子渗金属装置及基本原理在辉光离子渗金属装置中,引入冷阴极电弧源,实现了快速渗金属,已成功地在普通碳钢表面渗入Ti,Al及Cr—Ni等合金元素,同时分析了10钢渗Ti处理后的渗层组织特征、成分分布、相组成及工艺参数对渗层的影响     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

TC4钛合金阳极氧化着色膜显色规律探讨

目的在不同电解液、电压等工艺参数下对TC4钛合金进行阳极氧化,获得彩色膜,分析探讨着色膜颜色随不同工艺参数变化的显色规律,并通过该显色规律分析着色膜显色机理。方法分别选用NaOH电解液、H3PO3电解液、Na2SiO3盐溶液对Ti6A14V钛合金进行氧化着色。通过金相显微镜、SEM、XRD、AFM和3nh色差仪等测试方法,分析氧化膜层显微组织、形貌特征、物相成分、膜层厚度与颜色变化。结果3nh色差仪测得膜层颜色值(L^*、a^*、b^*)随电压具有周期变化规律。在电压参数为120 V左右的起弧电压之前,三种电解液阳极氧化着色膜均是由非晶态的钛氧化物组成,显色规律一致,氧化膜层致密均匀,只是生长速率稍有不同。膜层显色是干涉加强光色与干涉减弱光色的互补光色的共同作用。通过钛合金氧化膜干涉光程差公式修正,推导出了薄膜厚度的理论计算公式,且AFM测试结果与理论计算得出的膜厚基本一致。随着电压继续升高,电解反应剧烈,宏观表面观察到微弧放电现象,电解过程过渡到微弧氧化阶段。结论在低电压阳极氧化阶段,TC4钛合金着色膜层是由致密均匀的非晶态钛氧化物组成,膜层生长方式是随电压均匀层状生长,显色原理主要是薄膜干涉原理。通过控制电压参数,可控制膜层厚度,继而得到理想的颜色。在Na2SiO3盐溶液中的膜层生长速率为1~1.7 nm/V。     

加弧辉光离子无氢渗碳对钛合金表面粗糙度的影响

利用加弧辉光离子渗镀技术对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金进行离子无氢渗碳，在改善表面摩擦学性能的同时，还有效的避免了其它有氢介质渗碳所产生的钛合金氢脆问题，是一种新的钛合金表面改性技术。介绍了加弧辉光离子无氢渗碳的原理并着重研究了不同温度、不同靶距条件下钛合金表面粗糙度的变化。研究表明，高温加弧辉光离子无氢渗碳在一定程度上使得钛合金的表面粗糙度变差，其中渗碳温度和靶距的影响比较明显。     

Ti-6Al-4V钛合金固体渗硼法表面改性

对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)进行表面渗硼使其表面硬度显著提高.渗硼温度为1000℃到1050℃,渗硼时间为5 h到20h.文内测量和比较了渗硼后钛合金表面的微结构、形貌、相组成等性质,研究了渗硼过程中Ti,Al,V,B等元素的扩散行为.在低温短时间渗硼时,渗硼层厚度仅0.8μm,而在高温长时间渗硼时,渗硼层厚度可达15 μm.实验证明,渗硼层由TiB和TiB2两相组成,并且它们的含量随渗硼温度提高而增加.渗硼层表面主要含TiB2,其显微硬度可达2200 HV0.01,渗硼层内表层主要含TiB,其显微硬度为1100 HV0.01.渗硼层的硬度远高于TC4钛合金的硬度.     

Ti6Al4V合金表面Ti(C,N)改性层的摩擦性能

利用双层辉光等离子表面冶金技术,以石墨为源极,Ti6Al4V为阴极,一定比例的氮气和氩气为载气,在其表面形成Ti(C,N)改性层。观察分析了改性层的成分、显微组织及相结构,评价了其纳米硬度和室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:改性层主要组成相为Ti(C0.3N0.7);碳、氮元素分布由表及里呈梯度分布;改性层纳米硬度高达41 GPa,较基体明显提高;在室温干摩擦磨损条件下,改性层与基体相比,摩擦因数由0.45降低到0.28,比磨损率也大大下降,表现出优异的耐磨减摩性能。     

离子渗金属中表层合金元素的贫化及其消除

离子渗金属中，工件表层合金贫化主要是由于离子轰击在工件表层造成一个严重的畸变层，畸变层原子具有高的扩散系数面非畸变层原子具有低的扩散系数，结果使区出现原子富集；同时在变层存在畸变梯度，这一梯度的存在支持这样的富集。     

Characterization of plasma electrolytic oxide formed on AZ91 Mg alloy in KMnO4 electrolyte

The aim of this work is to investigate microstructure, corrosion resistance characteristics and nanohardness of the oxide layer on AZ91 Mg alloy by applying different voltage with KMnO₄ contained solution. There are lots of closed pores that are filled with another oxide compound compared with the typical surface morphology with pore coated until 350 V of coating voltage. The thickness of oxide layer increases with increasing coating voltage. The oxide layer formed on AZ91 Mg alloy in electrolyte with potassium permanganate consists of MgO and Mn₂O₃. Corrosion potential of the oxide layer on AZ91 Mg alloy obtained at different plasma electrolytic oxidation(PEO) reaction stages increases with increasing coating voltage. The corrosion resistance of AZ91 Mg alloy depends on the existence of the manganese oxide in the oxide layer. The inner barrier layer composed of the MgO and Mn₂O₃ may serve as diffusion barrier to enhance the corrosion resistance and may partially explain the excellent anti-corrosion performance in corrosion test. Nanohardness values increase with increasing coating voltage. The increase in the nanohardness may be due to the effect of manganese oxide in the oxide layer on AZ91 Mg alloy coated from electrolyte containing KMnO₄.     

Surface Characteristics and Electrochemical Impedance Investigation of Spark-Anodized Ti-6Al-4V Alloy

In this study, the surface characteristic of oxide films on Ti-6Al-4V alloy formed by an anodic oxidation treatment in H₂SO₄/H₃PO₄ electrolyte at potentials higher than the breakdown voltage was evaluated. Morphology of the surface layers was studied by scanning electron microscope. The results indicated that the diameter of pores and porosity of oxide layer increase by increasing the anodizing voltage. The thickness measurement of the oxide layers showed a linear increase of thickness with increasing the anodizing voltage. The EDS analysis of oxide films formed in H₂SO₄/H₃PO₄ at potentials higher than breakdown voltage demonstrated precipitation of sulfur and phosphor elements from electrolyte into the oxide layer. X-ray diffraction was employed to exhibit the effect of anodizing voltage on the oxide layer structure. Roughness measurements of oxide layer showed that in spark anodizing, the Ra and Rz parameters would increase by increasing the anodizing voltage. The structure and Corrosion properties of oxide layers were studied using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques, in 0.9 wt.% NaCl solution. The obtained EIS spectra and their interpretation in terms of an equivalent circuit with the circuit elements indicated that the detailed impedance behavior is affected by three regions of the interface: the space charge region, the inner compact layer, and outer porous layer.     

Corrosion Behavior of Anodized Al Coated by Physical Vapor Deposition Method on Cu–10Al–13Mn Shape Memory Alloy

Physical vapor deposition method was utilized to apply Al coating onto Cu–10Al–13Mn alloy, then coated layer was anodized in different temperatures: 5 and 10°C as well as several potentials: 20, 30, 40, 50 V in order to achieve best anodizing parameters. The effects of anodizing parameters on alumina nanotube formation and corrosion resistance were investigated. Phase analysis on surface was conducted by X-ray diffraction method and nanotube characteristics was studied by scanning electron microscopy (SEM) and surface topology was investigated by atomic force microscopy (AFM). Additionally, the corrosion resistance of coatings was studied by potentiodynamic test in 1M NaCl solution. The results depicted that whole deposited Al layer was anodized and FCC alumina was formed merely. Polarization test results was illustrated that Al anodized layer significantly improved Cu–10Al–13Mn corrosion resistance. Uncoated specimen had highest corrosion rate and anodized layer in lower temperature and voltage had minimum alumina nanotube dimension; as a result, it had best corrosion behavior in NaCl corrosive solution.