高温气冷堆燃料元件基体石墨的SiC/SiO2抗氧化涂层研究

提高高温气冷堆用石墨的抗氧化性能对改进高温气冷堆的安全性具有重要意义.通过热力学分析确认了SiC/SiO2,复合涂层在高温气冷堆正常服役条件和事故条件下均能保证其长期热稳定性.结合气相反应扩散法、泥浆浸渗法和高温氧化法,在高温气冷堆燃料元件基体石墨表面制备出SiC/SiO2复合涂层;对涂覆SiC/SiO2复合涂层的高温气冷堆燃料元件基体石墨在各种氧化条件下的氧化行为进行了分析.结果表明在高温气冷堆用石墨可能遇到的多种氧化条件下,SiC/SiO2复合涂层均能够保持长期稳定并显著改善基体石墨的抗氧化性能.     

SiC/SiO2抗氧化涂层的热稳定性分析

改善高温气冷用石墨抗氧化性能对高温气冷堆安全性具有重要意义.本文利用HSC-CHEMISTRY 4.1计算软件分析了SiC涂层、SiO2涂层和SiC/SiO2复合涂层在高温气冷堆正常服役条件和事故条件下的热稳定性,并用氧化试验对热稳定性和抗氧化性能进行了研究.结果表明,SiC/SiO2复合涂层在高温气冷堆正常服役条件和事故条件均能保持长期稳定.在纯氦气及氦气-空气混合气体氧化条件下,SiC/SiO2复合涂层均具有很好的热稳定性,并且能显著改善高温气冷堆用石墨的抗氧化性能.     

镍包石墨自润滑涂层的制备及性能

为增强涂层与基体结合强度及减少基体对减摩相的稀释作用,利用激光熔敷技术在Q235钢表面制备了镍包石墨自润滑双层涂层。通过显微硬度计对涂层截面进行硬度测试;利用摩擦磨损试验机检验涂层摩擦性能;运用高分辨扫描电镜、X射线衍射仪等分析手段对涂层表面磨痕形貌、磨损类型进行综合分析。结果表明:镍包石墨自润滑涂层熔敷层显微硬度为600～750 HV;涂层摩擦系数在0.38～0.41之间,且随载荷增大而减小。载荷为10 N时,发生黏着磨损;30 N时,出现氧化磨损;50 N时,氧化物的断裂为主要的磨损方式。镍包石墨减摩相的添加,有效改善涂层减摩性能;而涂层与基体结合良好,无气孔、夹杂现象,减少了熔敷过程中石墨的氧化分解。     

激光熔覆Ni60A涂层对20CrNiMo合金高温干滑动摩擦磨损性能的影响（英文）

为改善制动盘材料的耐磨性能,选用Ni60A粉末,利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理,研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明:涂层主要由γ-Ni、M_(23)C_6、Ni-Cr-Fe、Ni_3B、[Fe, Ni]、FeNi_3、NiC、FeNi等相构成,涂层平均显微硬度HV_(0.3)为4600 MPa,较基体提高2.63倍。与基体相比,涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数,耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时,在室温和400℃时,耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加,涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。     

等离子喷涂镍包石墨涂层的研究

为满足机械零部件固体润滑的要求,采用等离子喷涂方法在蠕墨铸铁表面制备镍包石墨涂层,研究其摩擦特性。结果表明:在4、8、20 N的载荷下,蠕墨铸铁与GCr15对磨摩擦系数分别为0.64、0.68、0.71,镍包石墨涂层与GCr15对磨摩擦系数分别为0.22、0.18、0.15,镍包石墨涂层起到明显的耐磨减磨作用。在4 N载荷下,磨损量从2.8 mg降到1.4 mg;在8 N载荷下,磨损量从3.2 mg降到1.6 mg,在20 N载荷下,磨损量从4.6 mg降到1.8 mg,镍包石墨涂层与蠕墨铸铁基体相比耐磨性显著提高,因此,镍包石墨涂层同时起到减磨与耐磨作用。载荷为4 N时,镍包石墨涂层的磨损机制以粘着磨损为主;载荷为8、20 N时,其磨损机制以磨粒的切削与石墨的润滑减摩为主。     

石墨含量对铜基材料摩擦磨损性能的影响

探讨了石墨含量对铜基材料摩擦磨损性能的影响和材料的摩擦磨损机理。结果表明：不含石墨时，材料的摩擦系数和磨损率均较大，磨损主要为粘着磨损；添加石墨后，材料的摩擦系数和磨损率均显著降低，且随石墨含量增加，摩擦系数逐渐降低，在一定石墨含量范围内（＜３．５％），磨损率也逐渐减小，这与材料的强度、硬度有关。材料的磨损以应变疲劳磨损为主。随载荷增加，摩擦系数和磨损率均增加。     

3Cr2W8V钢离子镀TiN涂层的高温滑动磨损性能

研究了3Cr2W8V钢基体离子镀TiN涂层在500-700℃的高温磨损性能。利用XRD法分析了涂层的相结构,用划痕法测定了涂层的结合力,并用SEM观察分析了磨损形貌和磨损机理。结果表明：随温度升高,TiN涂层和基体的磨损率及磨擦系数均上升。TiN涂层的高温耐磨性优于3Cr2W8V基体。涂层的主要磨损机制为粘着转移磨损和磨料磨损。     

SiC对汽车模具激光熔覆强化涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆方法在模具钢基体上制备高硬度高耐磨性涂层,同时借助光学显微镜、宏观硬度计以及湿砂橡胶轮式磨损试验机等对该涂层组织与性能进行研究。结果表明:当SiC含量为0%~3.5%时,奥氏体含量逐渐减少,共晶组织α-Fe+M_(23)C_6增加,初生碳化物M_(23)C_6较少。当SiC含量的增加至7%时,涂层中的显微组织主要为M_(23)C_6,且均匀分布于涂层中。随SiC含量增加到10.5%时,组织明显细化。此外,随SiC含量的增加,涂层硬度与耐磨性呈先增加后减小的变化规律。当SiC含量为7%时,其耐磨性达到最佳。     

激光熔覆Ni60A涂层对20CrNiMo合金高温干滑动摩擦磨损性能的影响

为改善制动盘材料的耐磨性能,选用Ni60A粉末,利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理,研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M₂₃C₆、Ni-Cr-Fe、Ni₃B、[Fe, Ni]、FeNi₃、NiC、FeNi等相构成,涂层平均显微硬度HV_0.3为4600 MPa,较基体提高2.63倍。与基体相比,涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数,耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时,在室温和400 ℃时,耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加,涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。     

三维网络陶瓷增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能

设计和制备了一种新型的三维网络陶瓷(骨架)增强铝合金复合材料.研究了铝合金及不同成分复合材料在不同温度及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面,并分析了三维网络陶瓷(骨架)对铝合金磨损机制的影响.结果表明:复合材料的耐磨性远优于铝合金,而且随着三维网络陶瓷体积分数、温度及载荷的增加,复合材料的抗磨损性能明显提高;这种新型复合材料的摩擦系数随载荷变化保持稳定;在很宽的温度范围内,摩擦系数的稳定性均优于铝合金.这是由于三维网络陶瓷在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用,其独特的结构制约了基体合金的塑性变形和高温软化,有利于磨损表面氧化膜的留存.     

摩擦条件对化学混杂复合镀层Ni-P-Gr-SiC摩擦性能的影响(英文)

研究化学复合镀层Ni-P-Gr-SiC的摩擦磨损性能,主要研究石墨复合量、载荷及转速对复合镀层摩擦性能的影响。采用SEM和EDAX对磨损表面和截面进行磨痕形貌和成分分析。结果表明,由于石墨和碳化硅两相颗粒的协同作用,复合镀层显示出良好的减摩性能和耐磨性。分析表明,摩擦试样的亚表层形成的富石墨机械混合层对摩擦体系保持良好的摩擦性能起到重要作用,同时碳化硅颗粒的承载作用有效避免富石墨机械混合层在摩擦剪切力作用下的断裂。     

石墨含量对石墨/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能的影响

为了降低TiC/镍基合金复合涂层的摩擦因数并增强其耐磨性能,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备石墨/TiC/镍基合金（GTN）复合涂层。研究石墨含量对GTN涂层组织和摩擦学性能的影响。结果表明,石墨的加入有效地降低了涂层的摩擦因数,提高了其耐磨性。6.56GTN涂层和12.71GTN涂层分别在低载荷与高载荷摩擦条件下呈现出优异的减摩耐磨性能。在低载荷条件下,GTN涂层的磨损机理主要表现为多次塑变磨损,伴有轻微的磨粒磨损,且随着石墨含量的增加逐渐转变为多次塑变、层脱和微切削磨损;在载荷增加后,脆性断裂、微观切削和粘着为其主要的磨损机理,且随着石墨含量的增加逐渐转变为微观切削和脆性剥落。     

添加微量SiC和石墨对Cu-Cr-Zr-Ag-Nb合金耐磨性的影响

采用真空感应熔炼和铸造的方式制备Cu-0.7Cr-0.12Zr-0.1Ag-0.12Nb基体材料与Cu0.7Cr-0.12Zr-0.1Ag-0.12Nb-1SiC-0.5Gr(石墨)复合材料。利用金相显微镜、环境扫描电子显微镜和HT-1000型摩擦磨损试验机,对比分析了基体材料和复合材料的显微组织、基体材料和复合材料在不同载荷或不同摩擦速度下的摩擦系数和磨损率的变化规律。结果表明,Cu-CrZr-Ag-Nb基体材料组织为α-Cu基固溶体相和少量Cr相以及Cu₃Cr相,Cu-Cr-Zr-Ag-Nb-SiC-Gr复合材料的微观组织除上述三相外,在α-Cu基体上还弥散分布着SiC颗粒;摩擦磨损试验显示,随载荷与摩擦速度的变化,复合材料的摩擦系数与磨损率均低于基体材料,这是由于微量SiC的加入使摩擦过程中复合材料相较基体材料具有更多的承载荷相,可显著降低材料的磨损率,微量石墨的加入使摩擦过程中复合材料相较基体材料摩擦面被填充得更加平滑,可显著降低材料的摩擦系数。     

Dry friction and wear performance of SiC 3D continuous ceramic frame reinforced 7075A1 alloy

The dry friction and wear behavior of 7075 Al alloy reinforced with SiC 3D continuous ceramic network against Cr12 steel was studied with oscillating dry friction and wear tester under the testing conditions of 70 °C, 30 min, and the load range of 40–100 N. The experimental result shows that the characteristic of abrasive wear and oxidation wear mechanisms are present for 3D continuous SiC/7075 Al composite. 3D continuous network ceramic as the reinforcement can avoid composite from the third body wear that usually occurs in traditional particle reinforced composite. Under low load, the composite with low volume fraction of ceramic reinforcement exhibits better wear resistance due to the homogeneous reinforcement distribution with small pore size; on the contrary, under high load, the composite with high reinforcement volume fraction exhibits better wear resistance because of the coarse frame size. Hard SiC frame leads to the wear of Cr12 steel mainly. The frame with high volume fraction corresponds to the high Fe content.     

石墨增强体对SiC/Gr/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响

采用挤压铸造技术制备不同粒径石墨颗粒增强的40%SiC/5%Gr/Al复合材料,研究了石墨颗粒对摩擦系数和磨损率的影响.结果表明,随着石墨的加入,复合材料的摩擦系数降低,磨损抗力提高170～340倍.另外,石墨颗粒粒径的增加也导致磨损抗力的提高,这是由于在干摩擦的过程中形成由铁的氧化物、石墨及SiC等组成的具有润滑性质的薄膜.     

Tribological Behavior of In Situ TiC/Graphene/Graphite/Ti6Al4V Matrix Composite Through Laser Cladding

The TiC/graphene/graphite/Ti6Al4V composite coating was prepared by laser cladding.The microstructure and tribological behavior of the coating were studied.The in situ reaction between graphene and Ti occurred,and feathery TiC was formed.The feathery TiC was homogeneously distributed between α'acicular martensites which was refined with the addition of graphene.Some graphene was transformed into a11otrope graphite under the laser irradiation.The TiC hard particles and the self-lubrication of graphene/graphite improved the wear resistance of composite coating.The wear rate and friction coefficient of TiC/graphene/graphite/Ti6A14V composite coating decreased with the increase in sliding speed,a mechanical mixing layer (MML) was formed on the wear surface of the composite coating under the frictional heat,which protected the substrate and reduced the contact.Because of the self-lubricating properties of graphene/graphite,interlayer sliding occurred easily,which also effectively reduced friction.The wear rate of TiC/graphene/graphite/Ti6A14V composite coating increased with the increase in load,but the friction coefficient decreased.The plastic deformation of subsurface layer was more serious under high load,and a stable self-lubricating MML with a protective effect was formed between the wear interfaces,which reduced the friction coefficient.With the increase in load,the wear mechanism changed from abrasive and oxidation wear to delamination,fatigue and oxidation wear.     

A356/SiC_P与列车实用中的有机闸片的滑动摩擦磨损特性

以铝基复合材料作为列车制动盘材料的实用化为目的,选用A356/SiC 20%(体积分数,下同)复合材料和AISI D2工具钢为摩擦材料,以中速列车实用中的有机闸片为对偶材料,进行对比干摩擦磨损试验,并分析比较了磨损特性.结果表明:铝基复合材料在小于200 N(3.98 MPa)的低载荷下,只存在轻微的氧化磨损,耐磨性比实用中的铁合金材料更好;而超过该载荷时,开始发生磨削磨损,磨损量逐步超过铁合金材料,当载荷达到400 N(7.96 MPa)时,由于严重的磨削磨损,磨损量剧增.而铁合金材料则随载荷和滑动速度增加,磨损率缓慢增加;磨损过程中的复合材料的摩擦系数平均值与载荷、滑动速度无关,始终保持0.3～0.4,同时随磨损距离的波动也非常小,而工具钢的摩擦系数平均值则对试验参数的敏感度相对大些,且摩擦系数平均值也比复合材料略小,即摩擦系数方面复合材料具有更好的特性.     

Tribological Analysis of Copper-Coated Graphite Particle-Reinforced A359 Al/5 wt.% SiC Composites

Copper-coated graphite particles can be mass-produced by the cementation process using simple equipment. Graphite particulates that were coated with electroless copper and 5 wt.% SiC particulates were introduced into an aluminum alloy by compocasting to make A359 Al/5 wt.% SiC(p) composite that contained 2, 4, 6, and 8 wt.% graphite particulate composite. The effects of SiC particles, quantity of graphite particles, normal loading, sliding speed and wear debris on the coefficient of friction, and the wear rate were investigated. The results thus obtained indicate that the wear properties were improved by adding small amounts of SiC and graphite particles into the A359 Al alloy. The coefficient of friction of the A359 Al/5 wt.% SiC(p) composite that contained 6.0 wt.% graphite particulates was reduced to 0.246 and the amount of graphite film that was released on the worn surface increased with the graphite particulate content. The coefficient of friction and the wear rate were insensitive to the variation in the sliding speed and normal loading.     

填料粒度对汽车制动摩擦材料性能的影响

目的研究填料粒度对树脂基汽车制动摩擦材料性能的影响。方法选取硅酸锆、氧化铝、石墨和蛭石作为填料,树脂基摩擦材料采用热压成型法制成,在X-DM摩擦试验机上进行摩擦磨损试验。采用正交试验法,对填料粒度不同的树脂基摩擦材料的摩擦因数标准差和高温磨损率进行极差分析,以获得填料粒度组合最佳的摩擦材料配方。采用扫描电子显微镜对该材料和未经过粒度优化材料在不同温度下的磨损表面形貌进行对比分析。结果随着硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸的增大,摩擦因数和高温磨损率均增大,但硅酸锆和氧化铝颗粒尺寸过大或过小都会造成摩擦因数的稳定性变差;石墨粒度变化对摩擦因数的稳定性影响不大,随着石墨颗粒尺寸的增大,高温磨损率减小;随着蛭石颗粒尺寸的增大,摩擦因数的稳定性变差,且高温磨损率增大。结论硅酸锆和氧化铝粒度在320~400目之间,石墨粒度在100~200目之间,蛭石颗粒尺寸小于80目为最佳的粒度组合,制成的摩擦材料的摩擦磨损性能最佳,试样的摩擦因数稳定,高温磨损率较低,抗热衰退性能好。     

液相渗硅法和原位反应法制备硅化石墨及性能研究

分别采用液相渗硅法和原位反应法制备了硅化石墨,讨论了石墨基体密度和渗硅方法对硅化石墨力学性能和摩擦性能的影响。结果表明：两种方法都能明显提升石墨的抗弯强度,液相渗硅法制得的硅化石墨表面有一层浓度梯度分布的SiC层,石墨基体的耐磨性能得到明显改善。综合力学性能和摩擦性能考虑,选择低密度的石墨通过石墨化处理并采用液相渗硅法可以制备得到性能更优的硅化石墨。