耐磨陶瓷／聚合物（高分子）涂层的研究

以环氧树脂为基材，通过聚合物体系的优化，添加亚微米级氧化铝（平均粒径0．58μm）陶瓷颗粒，制备了耐磨陶瓷／聚合物涂层。研究表明：在冲蚀条件下，添加Al2O3所制得复合涂层，其耐磨性较环氧树脂基质涂层有明显提高；当Al2O3的（质量分数，下同）为20％时，涂层可在较短的时间内达到稳定的磨损率。通过扫描电镜观察了涂层的表面摩擦形貌，陶瓷／聚合物涂层的磨损率的实现，主要源于在冲蚀过程中涂层内裸露的硬质陶瓷颗粒所产生的“阴影效应”，以及与此同时胶粘剂所起到的耗散冲击能量的作用。在冲蚀条件下，涂层主要以显微切削、犁沟和软基体的选择磨损及硬质点被挖出脱落为主。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性

研究了在固体颗粒冲蚀条件下,不同冲击速度、不同磨料尺寸等因素对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层冲蚀磨损率的影响,并在不同条件下与20号钢进行了对比试验,分析了等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性及磨损机理,提出等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层具有脆性特征的冲蚀磨损特性,它适用于细磨料低速冲蚀磨损条件.     

低压冷喷涂镍基金属陶瓷复合涂层的摩擦学性能研究

目的 研究镍基陶瓷复合涂层的摩擦学性能,为现场修复泥浆泵关键部件提供实验支撑.方法 采用低压冷喷涂技术,在Q235钢表面分别制备不同Al2O3和ZrO2含量的镍基金属陶瓷复合涂层.通过HT-1000摩擦实验机测试大气气氛下涂层的摩擦磨损性能,采用X射线衍射仪(XRD)和附带能谱的扫描电镜(SEM)表征复合涂层的微观组织和物相组成,利用维氏显微硬度仪测试复合涂层硬度.结果 陶瓷颗粒添加量为9％～33％(以体积分数计)时,涂层硬度随着Al2O3含量的增加,呈先增后减的趋势,而随着ZrO2增加,涂层的硬度呈先减再增的趋势.这主要是因为不同类型陶瓷颗粒的添加使涂层的致密度发生了变化.Ni-Al2O3复合涂层摩擦因数随Al2O3含量增加,呈现先减后增的趋势,涂层磨损机理由粘着磨损向磨粒磨损转变,而Ni-ZrO2复合涂层摩擦因数大致稳定在0.2附近.Ni-Al2O3复合涂层的磨损率随Al2O3含量的增加,呈现先减后增的趋势,而ZrO2含量增加,Ni-ZrO2复合涂层的磨损率则呈现先增后减的趋势.当加入23％Al2O3颗粒时,涂层的耐磨性能明显改善,摩擦因数低至0.149,磨损率为3.18×10–5 mm3/(N·m).结论 陶瓷颗粒的加入可有效提高涂层的耐磨性能,但耐磨性能也受添加颗粒尺寸因素的影响.该研究结果为泥浆泵关键部件的修复提供了一定的理论数据支撑.     

颗粒增强铝基涂层的组织结构与摩擦学性能

选用常规微米尺度Al2O3粉体和纳米结构Al2O3-TiO2粉体作为硬质颗粒,采用等离子喷涂方法在45钢基体上制备了Al2O3/Al2O3-TiO2颗粒增强铝基复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计观察和测试涂层的形貌、物相及显微硬度,通过滑动摩擦磨损试验分析涂层的摩擦学性能。结果显示,Al/Al2O3涂层的表面形貌和纯铝涂层非常相似,Al/Al2O3-TiO2涂层表面可以看到未熔、半熔和全熔的增强相存在。Al/Al2O3涂层的主要物相为Al和α-Al2O3,Al/Al2O3-TiO2涂层的主要物相为Al、α-Al2O3和TiO。随着增强相加入量的提高,Al/Al2O3涂层和Al/Al2O3-TiO2涂层的硬度不断提高;当添加量为30%时,硬度分别比未加增强相时提高了67%和76%。加入增强相的涂层的平均摩擦因数都有较大幅度的减小,加入30%Al2O3的Al/Al2O3涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降85.6%,Al/Al2O3-TiO2涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降74%左右,表明硬质颗粒Al2O3和Al2O3-TiO2的加入,可显著提高涂层的耐磨性。     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

等离子喷涂Al_2O_(3p)/NiCrBSi涂层优化设计

利用二次回归正交组合设计法优化喷涂工艺参数,建立了等离子喷涂Al2O3p/NiCrBSi复合材料涂层冲蚀磨损失重率的二次回归方程.研究了等离子喷涂参数对涂层冲蚀磨损失重率的影响.结果表明,利用Matlab软件编程计算,优化等离子喷涂参数,明显提高了涂层的抗冲蚀磨损性能.为等离子喷涂制备以氧化铝(Al2O3)颗粒增强金属基(NiCrBSi)复合材料涂层(Al2O3p/NiCrBSi)的实际应用提供必要的理论依据和技术数据.     

放电等离子烧结铁基非晶涂层的滑动与冲蚀磨损性能

目的研究放电等离子烧结的Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)Y_2C_(15)B_6非晶涂层在滑动和冲刷条件下的耐磨性。方法利用放电等离子烧结(SPS)技术,制备Fe基非晶态合金涂层。通过滑动磨损实验和冲蚀磨损试验,分别评价非晶涂层的滑动磨损性能和冲蚀磨损性能,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析非晶涂层的组织结构以及磨损形貌。结果非晶涂层在滑动摩擦条件下,随着载荷由10 N增加至20 N,磨损率由0.089×10~(-3)mm~3/m上升到0.216×10~(-3)mm~3/m,但摩擦系数由0.841减小到0.778。非晶涂层在冲蚀磨损条件下的体积磨损率随着冲蚀角度(30°~90°)的增加,先增大后减小,45°时达到极大值(15.80 mm~3/h)。磨损表面形貌表明,铁基非晶的滑动磨损机制主要是疲劳磨损和粘着磨损,冲蚀磨损机制主要表现为构成涂层的粉末颗粒的脆性剥落。结论与常用AISI 52100轴承钢相比,SPS制备的非晶涂层在滑动摩擦条件下有着显著的低磨损率和低摩擦系数,但在冲蚀磨损条件下的耐磨性能较差。     

AIMg/AI2O3粉芯丝材电弧喷涂的粒子和涂层特征

目的 研究AlMg/Al2O3粉芯丝材电弧喷涂的飞行粒子、扁平粒子、涂层结构及涂层抗冲击性能.方法 研制了2种含微米级Al2O3粉料的铝基粉芯丝材,利用扫描电镜对收集到的电弧喷涂过程中形成的飞行粒子、扁平粒子以及喷涂层的微观结构进行表征.采用自制的循环冲击设备测试了涂层的抗冲击性能.结果 AlMg/Al2O3粉芯丝材电弧喷涂过程中形成了含有铝镁、铝镁包覆氧化铝、氧化铝3种不同类型的飞行粒子,添加的Al2O3粒径越小,铝镁包覆氧化铝飞行粒子中的铝镁膜增厚,所包覆的Al2O3颗粒越多.喷涂形成的扁平粒子形状复杂多样,表面不平坦,有溅射现象.制备的涂层结构致密、缺陷少,Al2O3粉料粒径范围为400～500μm和30～50μm制备的AlMg/Al2O3涂层表面的Al2O3颗粒平均面积含量分别为5.52％、13.54％,说明添加小粒径Al2O3颗粒的涂层中残留的Al2O3颗粒增多.在500次循环冲击试验下,AlMg涂层和AlMg/Al2O3涂层没有明显的径向、环形裂纹和大面积剥落现象,但存在明显的塑性变形.结论 随着添加的微米级Al2O3颗粒粒径的减小,涂层中Al2O3颗粒的含量增加.制备的AlMg/Al2O3涂层以塑性变形吸收了大部分冲击功,降低了冲击疲劳裂纹产生的可能性,涂层与基体保持良好的结合状态.     

内生氧化铝颗粒增强高熵复合涂层的制备及其减摩性能的研究

目的 研究铝含量对内生氧化铝颗粒增强高熵复合涂层的组织结构及其摩擦学性能的影响.方法 在激光熔覆过程中,利用铝热反应将金属氧化物还原,并沉积在Q235钢表面,制备内生Al2O3陶瓷颗粒增强的AlxCoCrFeNi(x=0,0.3,1,1.5,2)高熵复合涂层.通过XRD、SEM、EDS、XPS、RAMAN及摩擦磨损测试仪等检测方法,研究高熵复合涂层的组织结构及其摩擦学性能.结果 涂层中含有大量弥散分布的纳米级Al2O3陶瓷颗粒.随着Al含量的增加,高熵复合涂层逐渐由FCC与BCC共存的形式转变为单相BCC的显微组织.同时,载荷为10 N时,高熵复合涂层的摩擦系数和磨损率均随着Al含量的上升而下降.Al2CoCrFeNi具有最低的平均滑动摩擦系数(0.15)和最低的磨损率(1.01×10–6 mm3/(N·m)),分别为Q235钢基体的1/4和1/38.当AlxCoCrFeNi系涂层中,当x增加至2时,磨痕表面的逐层剥落现象消失.涂层的主要磨损形式由氧化磨损和疲劳磨损转变为轻微的磨粒磨损.载荷为20 N时,Al2CoCrFeNi涂层的平均摩擦系数上升至0.325.结论 增加复合涂层中Al元素的含量可以稳定BCC相,并细化组织.同时,过量Al元素有抑制Fe元素氧化、降低摩擦表面Fe2O3含量、提高Fe3O4含量的作用,从而显著降低复合涂层的摩擦系数,并提高其减摩和耐磨性能.     

过共晶Al-Mn基复合材料的冲蚀磨损性能

采用搅拌铸造法制备出过共晶Al-Mn合金和Al2O3颗粒增强过共晶Al-Mn基复合材料,分析了两种材料的组织结构,着重研究了不同磨粒加入量和不同磨粒粒度对两种材料抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明,Al-Mn合金主要由Mn在Al中的固溶体和Al-Mn化合物(MnAl6及Al11Mn4相)组成,而复合材料的组织结构是在与前者相近的基础上分布着Al2O3颗粒;两种材料在3%磨粒加入量的磨损率明显高于1%磨粒加入量的磨损率;在两种磨粒加入量下两种材料的磨损率随着磨粒粒度的增大均呈现出先增大后减小的趋势,且随着磨粒加入量增加磨损率极大值向粒径大的方向移动。此外,在Mn含量相近的条件下,Al2O3颗粒增强过共晶Al-Mn基复合材料的抗冲蚀磨损性能优于过共晶Al-Mn合金。