不同工艺参数的强流辐照对钛合金表面形貌的影响

用不同工艺参数的强流脉冲离子束技术对钛基压气机叶片进行表面轰击,对离子束诱发的表面形貌进行分析。结果表明,强流脉冲离子束辐照在钛合金表面形成尺寸约为几至几十微米的熔坑和网状裂纹的典型形貌。当单脉冲能量密度为1.44 J/cm2、5次脉冲辐照时,表面熔坑密度最大;熔坑是影响表面粗糙度的主要因素。随束流密度的提高,被辐照试样表面达到相对光滑所需的脉冲次数减少。     

强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质合金摩擦磨损行为

利用束流密度50~200 A/cm2、脉冲宽度70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对WC-Ni硬质合金进行表面辐照处理,测试了辐照WC-Ni硬质合金的微观组织和表面硬度,采用环-块式摩擦磨损试验机、SEM和EDS考察了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能及其磨损机理。结果表明,随束流密度增加,WC-Ni硬质合金表面发生重熔与Ni粘结相的选择性烧蚀,表面重熔致密化,表面硬度显著增加,摩擦系数降低、耐磨性提高,200 A/cm2辐照硬质合金表面熔层约1.6μm,组织明显细化,表面硬度可达14.86 GPa,摩擦系数和磨损率分别降低18%和58%。HIPIB辐照使硬质合金表面磨损机制从原始硬质合金的Ni粘结相优先去除引发WC颗粒剥落去除转变为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,这归因于HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面重熔致密化及晶粒细化。     

强流脉冲离子束辐照AZ31镁合金的干滑动磨损行为

用脉冲宽度为70~80 ns,束流密度为200 A/cm2,辐照次数为1、5和10次的强流脉冲离子束(HIPIB)辐照AZ31镁合金,用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)以及干滑动磨损试验对辐照后试样进行表征和干滑动磨损行为研究。结果表明,HIPIB辐照试样获得了显著优于未辐照试样的耐磨性能,且随着辐照次数的增加改善作用增强。具有最高硬度的10次辐照试样的磨损率较未辐照试样减小约一个数量级,磨粒磨损倾向大大降低,HIPIB辐照使得镁合金的磨损机制从单一的磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损,这主要归结于辐照表面改性层晶粒的细化而导致镁合金表面硬度的提高。     

强流脉冲碳离子束强化T5K10刀具机理研究

TIA－450自绝缘二极管碳离子加速器对T5K10刀具进行了强流脉冲离子束辐照表面处理，加速器的加速电压为250 keV,束流密度为60 A/cm2～150 A/cm2, 脉冲时间为80纳秒，脉冲次数为2次.XRD、SEM、EDS以及显微硬度分析研究结果表明：当束流密度达到100 A/cm2，材料表面为完全熔化凝固组织；当束流密度达到150 A/cm2时，表面层下也出现熔化凝固组织；熔化凝固组织没有明显相变.在100 A/cm2～150 A/cm2内，同未辐照表面相比，显微硬度提高1.25倍.硬度增加的主要原因是表面快速凝固组织产生硬化相和基体相中化学成分的重新分布、碳元素的烧损以及晶界的强化.       

强流脉冲电子束作用下等离子喷涂CoCrAlY涂层热腐蚀性能

利用强流脉冲电子束技术(HCPEB)对大气等离子喷涂(APS)CoCrAlY涂层表面进行辐照处理,对HCPEB诱发的微观结构进行详细表征,并考察HCPEB处理前后样品表面在1050℃混合盐Na_2SO_4/NaCl(质量比3:1)条件下的抗热腐蚀性能。结果表明:HCPEB辐照后原始涂层表面热喷涂结构缺陷消失,表面发生重熔,形成连续的鼓包状结构,且随着辐照次数的增加,重熔层厚度和鼓包状结构的尺寸逐渐增加。30次辐照处理后涂层表面形成大量的Y富集Al_2O_3颗粒和超细晶结构。热腐蚀试验结果表明,原始涂层抗热腐蚀性能较差,热腐蚀20 h后腐蚀产物发生散裂,腐蚀层深度可到20μm,且涂层内部存在严重的内氧化和硫化。相比之下,经辐照处理涂层的腐蚀层深度仅有几个微米,且相对较为连续致密。HCPEB辐照带来的辐照效应促进热腐蚀过程中涂层表面保护性氧化膜的快速形成,有效阻挡熔盐的侵蚀,显著提高CoCrAlY涂层的抗热腐蚀性能。     

强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能

为进一步提高WC-Ni硬质合金的表面耐磨性,采用强流脉冲离子束(HIPIB)对其表面进行辐照处理。利用扫描电子显微镜、显微硬度计和环-块式摩擦磨损试验机研究了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的微观组织、硬度分布和摩擦磨损性能。结果表明:HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面发生快速重熔与烧蚀,组织显著细化、致密化;随着束流密度和辐照次数的增加,熔层厚度与硬化层深度增加、摩擦因数和磨损率降低,束流密度300A/cm~2辐照10次,熔层厚度约4μm,硬化层深度可达160μm,摩擦因数和磨损率分别降低45%和70%。辐照硬质合金表面重熔层的磨损主要表现为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,近表层冲击硬化区的磨损仍以Ni粘结相的微观磨损和WC晶粒脱落为主,但辐照应力波的长程硬化作用使硬质合金中WC晶粒与Ni粘结相之间的结合力增强以及Ni粘结相自身强化有效抑制了这类磨损。     

强脉冲离子束辐照对Ni3Al合金表面的改性

采用X射线衍射、扫描电镜和电化学腐蚀等技术研究了3种不同束流密度的强脉冲离子束辐照对Ni3A1合金表面形貌与物相及电化学腐蚀性能的影响。结果表明：IPIB辐照时，试样最外表面的温度远超过Ni3A1合金的熔点，造成试样表面融化，从而清洁和抛光试样表面；随离子束流密度的增加，Ni3A1合金表面的物相呈现规律性的变化，分别产生形变织构、部分非晶及新相，使Ni3A1合金的抗电化学腐蚀性能得以提高。     

强流脉冲离子束对TiAlN涂层刀具的表面改性

采用强流脉冲离子束辐照的改性方法研究了其对Ti Al N涂层刀具的表面改性效果。使用1.5、2.3 J/cm2的强流脉冲离子束对试样进行1、5、10次辐照实验。结果表明,试样表层产生大量龟裂状裂纹。随着辐照次数和脉冲能量的增加,试样表层微裂纹逐渐减少,取而代之的是沸腾状的烧蚀孔洞。辐照后,试样的表面显微硬度和耐磨性均得到了提高,试样的表面显微硬度最高提高了24.9%,耐磨性最高提高了25.5%。     

强流脉冲离子束辐照对316L不锈钢表面改性的实验研究

利用离子能量为300 keV、束流密度为200 A/cm2、脉冲宽度为75 ns的混合离子束(70%H 30%C )组成的强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5,10次.采用SEM,XRD,TEM和EPMA分析辐照后试样表面形貌、表面层相组成和微观结构及元素分布的变化.结果表明,HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层晶粒细化、产生择优取向,杂质元素选择性烧蚀,电化学腐蚀性能明显提高.由于HIPIB辐照引起的大应力和冲击波的影响,辐照后在深度达100μm表层内显微硬度提高,表面摩擦系数降低,表面抗磨损性能显著改善.随着辐照次数的增加,316L疲劳极限和蠕变断裂寿命延长,稳态蠕变速率降低.     

强流脉冲离子束辐照挤压态AZ31镁合金性能

利用强流脉冲离子束(C+、H+)对变形镁合金AZ31的挤压态靶材分别进行0、1、30和50次辐照试验,分析辐照前后物相组成,检测随辐照次数增加靶材表面的显微硬度,并通过阳极氧化和盐雾试验检测耐蚀性能。结果表明,随HIPIB辐照次数增加,靶材表面显微硬度呈提高趋势,50次辐照表面显微硬度270 HV0.01,较原始靶材的63.7 HV0.01提高了3倍多;极化曲线显示自腐蚀电位和击穿电位提高,自腐蚀电流减小,30次辐照的自腐蚀电位达到-1363 mV,钝化区间为1065 mV;辐照处理后在盐雾试验中形成钝化膜使靶材腐蚀速率显著降低了65%,耐蚀性能得到较大改善。     

Electrochemical properties of microarc oxidation films on a magnesium alloy modified by high-intensity pulsed ion beam

Microarc oxidation (MAO) films on AZ31 magnesium alloy were treated by high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) irradiation with ion energy of 300 keV at ion current density of 200 A/cm². A remelted layer of a few micrometers was produced on irradiated MAO films. The corrosion resistance of MAO films was characterized by potentiodynamic electrochemical test in 3.5% NaCl solution. The anodic polarization behavior of MAO samples exhibited a transition from the active anodic dissolution for the original one to the passivation-pitting breakdown for the modified films. The passivation-pitting breakdown voltage of modified films increased with multi-shot irradiation, i.e. from a value of − 1420 mV(SCE) at 1 shot to − 800 mV(SCE) at 5 shots, and the corresponding passivation current density decreased by two orders of magnitude. The irradiated MAO films have a higher corrosion potential than the original one, reaching a maximal value of − 1350 mV(SCE) at 5 shots from the original − 1580 mV(SCE). The electrochemical impedance spectrum (EIS) of modified MAO films was measured with varying the immersion time in 3.5% NaCl solution. The Nyquist impedance plots from modified films may show only a capacitive loop at the immersion time of 5 h, and the inductive loop occur at longer immersion time, whereas original films presenting both capacitive and inductive loops at all the immersion time. Bode plots of MAO films before and after irradiation were obviously distinguished in shape at low frequency range, especially at short immersion time. The evolution of Nyquist and Bode plots with immersion time was discussed in association with the processes of electrolyte penetration into the MAO structure and resultant reaction at the film-substrate interface. It is concluded that the improvement in the continuity and compaction of MAO films accounts for the enhanced corrosion resistance of the films irradiated by HIPIB.     

AZ91D镁合金微弧氧化膜的腐蚀行为研究

利用双向全波脉冲电源对AZ91D镁合金在硅酸盐体系中进行了微弧氧化处理,通过电化学阻抗谱(EIS)测试、极化曲线分析并结合XRD和SEM等分析方法对微弧氧化处理的镁合金腐蚀行为进行了研究.结果表明,微弧氧化膜表面分布着几微米的微孔,微弧氧化膜中主要含有MgF2,Mg2SiO4和Al2O3.AZ91D镁合金经过微弧氧化处理之后,耐蚀性能明显提高,自腐蚀电流密度降低3个数量级,自腐蚀电位高出约300 mV,阻抗值高出3个数量级,研制的微弧氧化膜对镁合金具有很好的防腐保护性能.     

镁合金表面微弧氧化-溶胶凝胶复合膜层的结构及其耐蚀性

采用微弧氧化和溶胶凝胶技术在镁合金表面制备复合涂层,该涂层过渡层为微弧氧化膜层,外层为SiO2溶胶凝胶层。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析技术对复合涂层成分、组织结构以及微观形貌进行了表征,并采用电化学测试方法综合分析了该复合涂层的耐蚀性能。研究表明,该复合涂层与基体结合较好,具有良好的高温稳定性,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中腐蚀电位明显正移,腐蚀电流密度显著降低,表现出良好的耐蚀性。     

镁合金微弧氧化预处理化学镀镍研究

镁合金微弧氧化(MAO)预处理后,无需碱洗酸洗活化等传统预处理直接在硫酸镍溶液中化学镀镍。表征了镀镍层的显微结构与成分,研究了MAO预处理对镀层厚度、硬度、导电性及耐蚀性的影响。结果表明:含有Ni,P两种元素的镀层由均匀分布的胞状颗粒组成。MAO预处理显著影响镀层的厚度与导电性;当MAO薄膜从3μm增厚至7μm时,镀层的厚度快速增大而方块电阻迅速下降。极化曲线测试表明,当MAO薄膜厚15μm时化学镀镍镁合金的腐蚀电位最高,腐蚀电流最小。48h盐雾实验表明,MAO预处理化学镀镍镁合金的耐蚀性显著优于传统预处理化学镀镍镁合金。     

AM60压铸镁合金表面ZrO_2微弧氧化陶瓷层的制备方法研究

为了改善镁合金的微弧氧化膜层的性能,利用两步法在AM60压铸镁合金表面制备了ZrO_2微弧氧化膜层.研究了膜层在恒电压控制方式下的生长规律,测量了膜层在w(NaCl)=3.5%溶液中的极化曲线,分析了膜层的物相组成.结果表明:在400 V恒压微弧氧化处理时,微弧氧化膜层的平均生长速度最高可达3.5 μm/min:试样在w(NaCl)=3.5%溶液中的极化曲线显示,镁合金经过两步法在锆盐溶液中微弧氧化后,其腐蚀电位正移,腐蚀电流降低,腐蚀速度大幅降低,其耐蚀性得到了大幅度提高.两步法制备微弧氧化膜层主要由ZrO_2、ZrP_2、Mg_3(PO_4)_2、MgF_2相组成,在溶液中添加的Zr元素可以通过微弧氧化处理时的复杂反应进入膜层中,膜层表现出的优异耐蚀性主要源于膜层中存在ZrO_2陶瓷.     

AZ31B镁合金表面微弧电泳复合膜层微观结构及耐蚀性表征

采用微弧氧化技术在AZ31B镁合金表面制备陶瓷层,利用其表面多孔结构借助电泳技术沉积有机膜层,对比研究陶瓷层和复合膜层表面粗糙度、表面及截面形貌、电化学性能及划伤腐蚀特性。结果表明:陶瓷层表面放电微孔被电泳层完全填充并形成均匀膜层,复合膜层表面粗糙度明显降低;微弧电泳复合膜层腐蚀电流密度与陶瓷层和基体相比分别降低2个和4个数量级,极化电阻分别增大2个和4个数量级,腐蚀倾向降低;微弧电泳复合膜层电化学阻值与陶瓷层相比增加4个数量级,同时电容值降低4个数量级,耐蚀性显著提高;由于陶瓷层与电泳层的机械嵌合作用,复合膜层划伤腐蚀过程表现为基体腐蚀及陶瓷层与基体界面的破坏,复合膜层界面处结合完好。     

Surface modification of 316L stainless steel with high-intensity pulsed ion beams

The surface of 316L stainless steel was irradiated by high-intensity pulsed ion beams (HIPIB) at ion current density of 100, 200 and 300 A/cm² with 10 shots. The surface morphology and the phase structure in the near surface region of original and treated samples were analyzed with scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Electron probe microanalysis (EPMA) was used to study the distribution of elements on the irradiated surfaces. It is found that the HIPIB irradiation can smooth the surface of the targets, and a preferred orientation presents in the surface layer of the treated samples. Otherwise, selective ablation of impurities occurs during the interaction between HIPIB and the targets. Due to the compress stress wave induced by the bombardment, the microhardness is increased significantly in a depth range of up to 200 μm, which reduces the friction coefficient of the treated surfaces and improves the wear resistance of them. Because the grain size reduces and the impurities content decreases in the irradiated surface layer, the electrochemical corrosion resistance is enhanced. In addition, HIPIB irradiation prolongates the fatigue life of 316L at room temperature due to a combination of the smooth surface and the high dislocation density in the surface layer of the treated samples.     

Corrosion resistance of micro-arc oxidized ceramic coating on cast hypereutectic alloy

The corrosion resistance of the micro-arc oxidation (MAO) ceramic coating on a cast Al-13Si-5Cu alloy was investigated using various electrochemical methods including electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves. Microstructures of MAO ceramic coating were studied by SEM, and the influence of microscopic patterns on corrosion resistance was analyzed. The corrosion resistance of the aluminum alloy can be improved significantly by MAO process owing to increasing impedance and corrosion potential and decreasing corrosion current, and the ceramic coatings are composed of loose layer, compact layer and transition layer, which improve the corrosion resistance. The corrosin resistance is determined by the thickness of the compact layer and is not proportional to the total thickness of MAO, though the latter is one of the important factors influencing the corrosin resistance.     

α-Al2 O3微粒对铸造Al-Si合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

目的通过共生沉积技术将α-Al2O3微粒引入到铸造Al-Si合金微弧氧化膜中,并研究其对膜层耐蚀性的影响。方法利用SEM和XRD分析α-Al2O3微粒对微弧氧化膜微观结构及成分的影响。通过极化曲线、交流阻抗谱及中性盐雾试验评价膜层的耐蚀性。结果α-Al2O3微粒复合改变了微弧氧化膜的组成及结构。微弧氧化膜呈双层结构,表面存在大量微孔,主要组成为γ-Al2O3;加入α-Al2O3微粒后,微弧氧化复合膜的表面微孔大幅减少,致密度提高,且膜层中α-Al2O3相增多。此外,α-Al2O3微粒复合改善了微弧氧化膜的耐蚀性。微弧氧化膜在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中的自腐蚀电流密度约为1.476×10-5A/cm2,多孔层电阻Rp及阻挡层电阻Rb分别为0.259 kΩ·cm2及69.18 kΩ·cm2,耐盐雾试验时间为1200 h。加入α-Al2O3微粒后,微弧氧化复合膜的自腐蚀电流密度仅为微弧氧化膜层的28%,Rp大幅增加至274.5 kΩ·cm2,且Rb也上升了一个数量级,耐盐雾试验时间可达1440 h。结论α-Al2O3微粒的引入可以大幅提高铸造Al-Si合金微弧氧化膜的耐蚀性。