HiPIMS复合热处理制备高纯Ti2AlC MAX相涂层

Ti₂AlC MAX 相涂层是一类兼具金属和陶瓷特性的具有密排六方结构的高性能陶瓷涂层,在电接触、高温防护、宽温域摩擦等领域具有广阔的应用前景。然而 MAX 相涂层的成相成分窗口窄,性能受杂质相影响大,实现高纯、致密 Ti₂AlC MAX 相涂层的制备目前仍存在挑战。考虑沉积气压与溅射等离子体能量密切相关,采用高功率脉冲复合直流磁控溅射技术在钛合金基体上制备了 TiAl / Ti-Al-C 涂层,经后续热处理退火得到高纯 Ti₂AlC MAX 相涂层,重点研究不同沉积气压对涂层退火前后的成分、微观结构以及力学性能的影响和作用机制。结果表明,随着气压不断增大,沉积态涂层厚度先增加后减少。其中低沉积气压下沉积态涂层退火后,结构中除了 Ti₂AlC MAX 相外,还含有一定量杂质相;而在高气压下沉积态涂层退火后几乎全部转变为 Ti₂AlC MAX 相,呈现高纯、表面光滑致密的 MAX 相涂层特征。相较于沉积态涂层,退火后的涂层硬度变化不大,但由于生成了 Ti₂AlC MAX 相,涂层弹性模量有所提高。     

部分MAX相在NaOH、H2SO4和HCl中的电化学性质

用热压的方法合成了若干MAX相化合物,包括相（Ti₂AlC和Ti₂AlN）和312相（Ti₃SiC₂和Ti3AlC2）;研究了它们在1 mol/L HCl、1 mol/L NaOH和1 mol/L H₂SO₄中的电化学性质及其结构与其稳定性的关系.结果表明:在所有溶液中,312型MAX相比211相更稳定;Ti₃SiC₂ 和Ti₃AlC₂几乎在所有溶液里都发生钝化,而Ti₂AlC和Ti₂AlN在1 mol/L HCl中活跃地溶解,还伴有大量气泡产生;Ti₃SiC₂比Ti₂AlC、Ti₂AlN 和Ti₃AlC₂更稳定.     

基于晶体微观有限元方法的多相复合涂层高温摩擦应力场模拟*

对高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的热-力耦合应力场的模拟研究尚不充分。基于 Voronoi 多边形建立 NiCr-Cr₃C₂-CaF₂ / BaF₂多相复合涂层的晶体微观有限元模型,模拟复合涂层中各相的占比、分布形态和热-力学参数,求解得到热-力耦合工况下的 von Mises 应力和第一主应力分布。结果表明：在高温摩擦工况下,多相复合涂层的应力显著高于均匀涂层,尤其是在硬质相尖端附近易产生局部高应力区域,改善相的形态将锐角钝化能够有效缓解局部高应力现象;热-力耦合应力场与黏结相和硬质相的弹性模量密切相关,通过调节各相模量能够有效调控复合涂层的 Mises 应力和拉应力值。基于微观有限元方法的热-力耦合应力场模拟可为高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的优化设计提供理论依据。     

轰击离子能量对V2AlC MAX相涂层结构及力学性能的影响

采用物理气相沉积（PVD）磁控溅射沉积方法,通过改变轰击离子能量制备高密度的V₂AlC涂层,并探究不同轰击离子能量对涂层结构和性能的影响。利用能谱仪测试、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、原子力显微镜对涂层的化学组成、相结构、表面与截面形貌进行分析,同时利用纳米压痕测试评价V₂AlC涂层力学性能。结果表明,提高轰击离子能量从15 eV到35 eV可以有效使得V₂AlC涂层致密化,且降低涂层表面粗糙度~50%（从~20.2 nm到~11.9 nm）,同时提高涂层的硬度~50%（从~14 GPa到~21 GPa）,与杨氏模量~20%（从~309 GPa到~363 GPa）。但当轰击离子能量升高到50 eV时,Al元素含量急剧下降,涂层由V₂AlC相转变为V₂C与VC多相混合。轰击离子能量的提高有效改善V₂AlC涂层的结构,提高V₂AlC涂层的硬度,杨氏模量,但需控制轰击离子能量改变范围才可实现结构与性能最优化。     

Ti6Al4V合金激光熔覆Co-Cu/Ti3SiC2复合涂层组织与摩擦学性能∗

为突破 Ti6Al4V 合金在关键运动零部件的应用限制,提高其耐磨减摩性能并延长稳定服役周期,采用激光熔覆技术成功在其表面制备 Co-5%Ti ₃ SiC₂ 、Co-5%Ti ₃ SiC₂ -10%Cu、Co-5%Ti ₃ SiC₂ -20%Cu (wt. %) 三种配比的复合涂层,系统分析三种复合涂层的微观组织、物相、显微硬度以及室温和 600 ℃ 下的摩擦学性能和磨损机理。 研究发现:Co-5%Ti 3 SiC2 涂层主要由γ-Co 固溶体、润滑相 Ti ₃ SiC₂ 、硬质相 TiC 和金属间化合物 CoTi _x 构成,含 Cu 涂层出现新物相 Cu 及 CuTi _x。 性能上,复合涂层的显微硬度均得到大幅提高,达到 Ti6Al4V 基体(370 HV_{0. 5} )的 2. 1 ~ 2. 4 倍。 室温下,Co-5%Ti ₃ SiC₂ -10%Cu 涂层表现出最好的减摩性能,摩擦因数降低了 68. 7%;而在 600 ℃ 下,复合涂层发生严重氧化,形成氧化膜使磨损率降低,其中 Co-5%Ti ₃ SiC₂-20%Cu 涂层磨损率为 2. 5×10^-7 mm ³ / N·m,表现出最好的耐磨性。 探索了一类新的耐磨减摩涂层体系,表现出良好的提升效果,并揭示了 MAX 相与传统软金属之间的协同润滑过程。     

碳化铬基金属陶瓷电火花沉积涂层的微观组织与性能

采用电火花沉积分别制备了碳化铬基金属陶瓷单涂层和碳化铬基金属陶瓷/Ni复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对比研究了单涂层和复合涂层的物相、微观组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,两种涂层组织结构致密,与基体呈良好的冶金结合,并在涂层内形成了纳米晶的微观组织。复合涂层中FeCr_0.29Ni_0.16C_0.06韧性相含量增加,在涂层界面处存在过渡层Ni,并以塑性变形的方式释放了更多沉积时产生的热应力,因而涂层裂纹明显减少。复合涂层的峰值硬度(1186HV_0.05)虽略低于单涂层,但该涂层具有最小的摩擦系数(0.2462),1h磨损量仅为单涂层的1/3,因此表现出更好的耐磨性能,其主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

含MoS2的超音速喷涂WC-10Co-4Cr复合涂层摩擦性能研究

利用超音速火焰喷涂方法,以WC-10Co-4Cr为基体,添加MoS2以制备WC- 10Co-4Cr/MoS2自润滑复合涂层;对比分析了添加不同含量MoS2涂层的微观组织结构和物相;重点进行了摩擦磨损试验,研究润滑相MoS2对超音速喷涂WC涂层摩擦学特性的影响机理.研究结果表明:引入的MoS2一少部分转化成新态,其余则进入WC涂层空隙中,在摩擦过程中形成润滑膜起到润滑作用,并有效地降低了摩擦因数,使摩擦磨损过程中温升降低,有效减少热损伤,提高了涂层的耐磨性能;WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层具有很好的自润滑性,w(MoS2)15％时WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层的摩擦磨损性能最佳.     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

NiCr-Cr3C2-ZrO2-BaF2·CaF2涂层高温摩擦磨损性能*

为提高 NiCr-Cr₃C₂-BaF₂·CaF₂ 涂层高温耐摩擦磨损性能,减少热喷涂过程中润滑相 BaF₂·CaF₂ 火焰烧蚀,采用溶胶凝胶方法将 BaF₂·CaF₂ 粉体以弥散形式包覆于抗烧蚀陶瓷相 ZrO₂ 内,形成 ZrO₂-BaF₂·CaF₂ 抗烧蚀包覆型粉体,将粉体与 NiCr-Cr₃C₂ 混合后爆炸喷涂以提高涂层内 BaF₂·CaF₂含量,并表征涂层微观组织和高温耐磨损性能。结果表明：ZrO₂包覆型粉体中 BaF₂·CaF₂呈弥散式分布,制备的 NiCr-Cr₃C₂-ZrO₂-BaF₂·CaF₂涂层相比传统 NiCr-Cr₃C₂-BaF₂·CaF₂涂层,Ca、Ba 元素含量均提升 1 倍以上,两涂层显微硬度分别为 1 041 HV 和 690 HV,这说明 ZrO₂陶瓷包覆能有效减少 BaF₂·CaF₂在喷涂过程中的高温烧蚀,且大幅提升了涂层硬度。高温摩擦磨损试验结果显示,NiCr-Cr₃C₂-ZrO₂-BaF₂·CaF₂ 涂层在 600 ℃、 700 ℃和 800 ℃时的平均摩擦因数分别为 0.25、0.17 和 0.18,与 NiCr-Cr₃C₂-BaF₂·CaF₂涂层相比分别降低了 16.7%、39.3% 和 5.3%;NiCr-Cr₃C₂-ZrO₂-BaF₂·CaF₂涂层磨损率为 5.47×10^-6 mm³ ·N^?1 ·m^?1 ,较 NiCr-Cr₃C₂-BaF₂·CaF₂涂层降低了 38.6%。 对磨球表面的微观表征显示,涂层中润滑相含量提升使 NiCr-Cr₃C₂-ZrO₂-BaF₂·CaF₂ 涂层在对磨球表面形成更为完整的润滑转移膜,这将有利于涂层的高温润滑性、稳定性和耐磨损性能。研究结果对热喷涂粉体中易烧蚀物相的热防护和高温自润滑耐磨涂层性能的提升具有借鉴意义。     

Dry Sliding Wear Behaviour of Al2O3-Cr2O3 Coatings with Different Contents of Cr2O3EI北大核心CSCD

Cr₂O₃对 Al₂O₃-Cr₂O₃复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备 Cr₂O₃含量不同的 Al₂O₃-Cr₂O₃复合涂层以研究 Cr₂O₃的影响机制。试验结果表明：Cr₂O₃明显减少了涂层的微观孔隙;复合涂层中 α-Al₂O₃ / γ-Al₂O₃的相对含量比明显高于 Al₂O₃ 层中的 37%;Al₂O₃-40%Cr₂O₃涂层的硬度与 Al₂O₃涂层相比提高了 48%,断裂韧性是 Al₂O₃涂层的 2 倍多;当载荷为 5 N、10 N 和 15 N 时,Al₂O₃-40%Cr₂O₃复合涂层的摩擦因数最低,磨损率依次降低 60%、85% 和 79%。但是当载荷为 20 N 时,Al₂O₃-20%Cr₂O₃复合涂层的摩擦因数最低,磨损率降低了 50%。微观脆性断裂是涂层的主要磨损机制。复合涂层耐滑动磨损性能与 Cr₂O₃含量及磨损条件是密切相关的。微观结构、硬度、断裂韧性、导热系数等是影响 Al₂O₃-Cr₂O₃ 复合涂层耐磨损性能的重要因素。研究结果可为高耐磨性 Al₂O₃基涂层的设计和应用提供指导。     

金属基固体自润滑复合涂层及其制备技术研究进展

金属基固体自润滑复合涂层具有强度高、耐高温、耐磨损以及易加工等特性,成为近来研究热点。首先综述了国内外金属基固体自润滑复合涂层的材料体系(即难熔金属基自润滑复合涂层、软金属基自润滑复合涂层、低温金属基自润滑复合涂层以及高温金属基自润滑复合涂层),随后分析了金属基固体自润滑复合涂层的润滑机理,指出润滑膜的低剪切特性是实现减磨润滑的关键。接着介绍了金属基固体自润滑复合涂层的制备技术,比较分析了烧结、电镀、化学镀、热喷涂、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、激光熔覆等技术,在制备金属基自润滑复合涂层方面的优点和不足。最后总结了目前在关于金属基固体自润滑复合涂层研究中存在的问题,进而探讨了相应的解决方案,提出应深入研究金属基体、固体润滑剂与环境三者之间的相互作用机理,并进一步指出研发新型固体润滑剂、改进现有制备技术、开发新工艺是未来重点发展的方向。     

等离子喷涂典型耐磨涂层材料体系与性能现状研究

等离子喷涂作为重要的热喷涂技术之一,在零件表面强化处理与再制造损伤修复领域具有广泛的应用.由于不同机械零部件工作环境(温度、转速、腐蚀环境、润滑状况等)、基体材质及运动形式等因素存在较大的差异,因而通常需根据其具体服役工况选择最优的表面强化涂层,以满足零件表面摩擦学性能需求,提升机械装备的综合服役性能.基于此,对国内外采用等离子喷涂技术所制备的典型耐磨涂层的材料体系及涂层性能进行了详细地综述,系统介绍了组织成分、物相结构、力学性能、服役工况等因素对典型涂层(包括金属基涂层、陶瓷基涂层及多相复合涂层等)摩擦学性能的影响机理.结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层自身特性相关的内因(包括孔隙率、力学性能、组织成分等)和服役工况相关的外因(包括载荷、频率、润滑状态、工作介质等)的影响;典型金属基耐磨涂层包括Fe基、Ni基和Mo基涂层等,通过表面处理、后处理和工艺优化等手段,可显著改善涂层的摩擦学性能;采取不同的喷涂方式因颗粒熔化程度差异,使陶瓷基涂层产生不同的磨损程度;针对纳米、微米结构的陶瓷基涂层进行对比分析,发现纳米涂层通过吸收应力而降低磨损;复合涂层通过添加润滑相能够降低其摩擦因数、减轻涂层磨损,其中相较于单一润滑相,多组润滑相能通过发挥协同润滑效果,使涂层在不同温度区间下保持良好的耐磨性.最后,对等离子喷涂涂层耐磨性能的提升和优化方向进行了展望.     

Warm negative incremental forming of magnesium alloy AZ31 Sheet: New lubricating method

The present study has been undertaken in order to investigate the suitable lubricants and lubricating methods, which can be employed to form a magnesium alloy AZ31 sheet by warm negative incremental forming (NIF). For the intended purpose, Nano-K₂Ti₄O₉ whisker and organic binder were employed to improve the bonding strength at lubrication coating/sheet interface and lubricating properties at elevated temperatures. The Nano-K₂Ti₄O₉ whisker enhanced solid lubrication film and the solid graphite or MoS₂ powder-coated porous ceramic coatings by pulsed anodic oxidation (PAO) almost have the same coefficient of the initial friction about 0.07–0.1 at room and elevated temperatures, which was satisfied with friction and lubrication condition of warm incremental forming (IF) of the metal sheet. Solid graphite or MoS₂ powder-coated ceramic coatings possessed the remarkable lubrication and self-lubrication effect. These suggested lubricating methods gave an excellent solid lubrication performance and good surface quality of the formed parts in warm IF process of the metal sheet.     

Studying the oxidation of Ti2AlC MAX phase in atmosphere: A review

The oxidation of Ti₂AlC MAX phase has been studied in this paper. MAX phases are a class of materials with nano-layered structure. These materials have been formed from a transition metal (M), an element from the IIIA or IVA groups (A) and carbon or nitrogen (X). Ti₂AlC MAX phase is a ternary carbide with layered structure and hexagonal crystalline lattice. Physical and chemical properties are the most significant characteristics of the Ti₂AlC which have introduced this material as the most practical MAX phase known so far. This material is currently considered as the most used MAX phase at elevated temperatures, the application of which requires correct recognition of the oxidation mechanism. Many of researchers investigated on the oxidation of Ti₂AlC. Therefore, it has been tried in this paper to introduce this MAX phase and also report all the investigations of its oxidation characteristics at elevated temperatures.     

等离子喷涂纳米SiCp/FeS复合涂层的摩擦学性能

用等离子喷涂法成功制备了SiCp/FeS复合涂层,SiC颗粒尺寸为纳米级,均匀分布于FeS基体,涂层和40Cr钢基体结合良好.研究了FeS涂层和SiCp/FeS复合涂层的摩擦学性能.结果表明,SiCp/FeS复合涂层兼具优良的减摩性能和耐磨性能.在干摩擦条件下,掺入质量分数为0.2和0.3的纳米SiC颗粒时,摩擦系数和FeS涂层接近,但表面磨损体积显著降低,降幅可达1个数量级;油润滑条件下,SiCp/FeS复合涂层的摩擦系数低于FeS涂层,复合涂层具有比FeS涂层更佳的减摩性能.     

轻水堆包壳锆材服役环境下延寿策略及研究进展

综述了核反应堆用锆合金的涂层研究现状。主要论述了非金属类涂层、金属类涂层以及MAX相涂层。其中MAX相既具有金属的性质,又具有陶瓷的性质。分析了包壳材料服役环境下的腐蚀行为,包括正常工况下的过热水氧化腐蚀和含锂离子的水溶液腐蚀行为,同时也关注了离子辐照行为以及事故工况下的高温蒸汽腐蚀行为。现有涂层材料普遍具有局限性,研究多侧重于高温蒸汽腐蚀。出现了一些新材料,比如可形成致密氧化膜的MAX相、硅涂层等,但是其正常工况下的应用前景不明。相比而言,金属类涂层在抗腐蚀方面更具优势,然而其抗辐照行为和中子经济性尚待研究。目前单一涂层技术在满足抗辐照和中子经济性的基础上尚不足以同时满足正常工况和高温蒸汽下的抗腐蚀性和高稳定性。组合涂层或者多层膜技术逐步受到重视。多元涂层氧化过程中的元素迁移动力学行为以及涂层基体界面的微合金化对结合力的影响具有深远意义,目前该方面的研究有待突破。     

喷射电沉积技术制备Co-Cr_3C_2复合镀层的工艺优化

为提高微米级硬质陶瓷颗粒在金属基复合镀层的含量,制备性能优异的防护性镀层,采用喷射电沉积的方法在直流电压下制备了Co-Cr_3C_2复合镀层,利用控制变量法探讨了电流密度、固体颗粒用量、镀液流量以及喷枪移动速度等对镀层中颗粒含量及镀层性能的影响,并分析了各因素的影响机理。同时,分别采用能谱仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合镀层的成分、硬度和摩擦因数进行分析,最终确定了制备该复合镀层的较优工艺参数。结果显示:喷头移动速度对颗粒复合量的影响最为显著;颗粒复合量越大,复合镀层硬度越高、摩擦因数越低;在较优工艺参数下制备的Co-Cr_3C_2复合镀层的Cr_3C_2颗粒含量高达23.6%。