基于柔性金属布技术的梯度WC增强NiCrBSi合金涂层的制备及性能

采用折叠辊压技术制备NiCrBSi合金粉和WC合金粉体积比i分别为1∶1,2∶1,5∶1,10∶1,20∶1的WC合金增强NiCrBSi合金柔性金属布,将i为20∶1的金属布置于316L不锈钢基体上,再叠放一层其他体积比的金属布,采用真空钎焊制备得到4种梯度WC增强NiCrBSi合金涂层,研究了涂层中WC颗粒的分布以及涂层的耐磨性和拉伸性能。结果表明:当金属布厚度在0.5mm、钎焊保温时间为10min时成功制得梯度涂层,随着上层金属布中i的增大,涂层中WC颗粒分布的梯度斜率降低;梯度涂层明显提高了基体的耐磨性,且随着梯度斜率的增加,涂层的耐磨性逐渐增强,抗拉强度降低,在拉伸过程中,梯度斜率较大的涂层中会产生多条贯穿裂纹。     

WC颗粒增强铁基耐磨复合材料的研究现状

WC颗粒增强铁基耐磨复合材料可显著提高耐磨件的使用寿命,在工业生产中有广泛的应用。文中总结了WC颗粒种类、WC颗粒度、铁基体等对WC颗粒增强铁基复合材料耐磨性能的影响,并探讨了WC颗粒增强铁基复合材料的制备工艺。分析表明,控制WC颗粒在铁基体的溶解和扩散,使WC颗粒分布均匀并与基体牢固结合,可有效提高耐磨性能;针对不同服役条件需选择合适的复合材料体系和制备方法。     

离心铸造铁基梯度功能复合材料

用离心铸造的方法获取碳化钨颗粒增强铁基复合材料，分析了复合材料的力学性能、微观组织结构及界面反应。结果表明：WCP／Fe-C复合材料表层厚度为18～25mm，WCP体积分数约70％，其冲击韧度ak达到5～6J／cm^2，复合材料表层和基体硬度分别达到63～65HRC和50～55HRC。WC颗粒能够被高温铁液局部溶解，甚至解体，使复合材料表层和基体不同程度合金化。     

腐蚀介质条件下NiCrBSi/WC喷熔层的摩擦学性能研究

采用氧-乙炔火焰喷熔工艺,制备了碳化钨颗粒增强镍基合金喷熔层(NiCrBSi/WC),研究了它在腐蚀介质条件下的摩擦磨损行为与机理,并考察了载荷、滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律。研究结果表明:NiCrBSi/WC具有良好的耐腐蚀磨损性能,且当WC含量为20%时,腐蚀磨损率最低;WC含量超过20%后,由于喷熔层存在“腐蚀原电池”效应,其腐蚀磨损率增大。NiCrBSi/WC的腐蚀磨损率随载荷增加而变大,随速度增大而减小。载荷的增加使喷熔层的犁削磨损加剧,导致摩擦系数和磨损率增大;速度的增大造成摩擦界面温度上升,可生成摩擦转移膜,从而降低了喷熔层的磨损率。     

高比例SiCp/Al复合材料热膨胀性能

研究了高比例、大尺寸SiCp／Al复合材料在不同颗粒尺寸、基体、预处理类型及热循环次数情况下的热膨胀性能。结果表明：1)复合材料相对基体具有更好的热膨胀性能，并随着增强颗粒尺寸变大，其热膨胀系数(CTE)逐渐变小；2)通过选择合适的基体及加入适当量合金元素可以获得具有良好热膨胀性能的高比例颗粒增强铝基复合材料；3)适当的预处理可以显著降低材料的CTE，从而提高其尺寸稳定性；4)随着热循环次数的增加，复合材料的热膨胀系数趋于平稳。     

SiC_p增强镁-锌-锆合金基复合材料的阻尼性能

采用粉末冶金法制备了不同含量SiC颗粒增强Mg-2.51Zn-0.629Zr合金基复合材料;采用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪等对基体合金及复合材料的组织及物相组成进行了分析,采用LMA-1型低频力学弛豫谱仪对基体合金及复合材料的阻尼性能随频率与温度的变化关系进行了研究。结果表明:当SiC颗粒体积分数为15%时,复合材料中颗粒的分布比较均匀;与基体合金相比,SiC颗粒的加入显著提高了复合材料的阻尼性能,SiC颗粒体积分数为9%时,复合材料的阻尼性能最好,其内耗-温度曲线在100～150℃,250～300℃及350～400℃的温度范围内均出现了内耗峰。     

原位自生颗粒增强BH135活塞材料的组织与高温力学性能研究

将KFB4、K2TiF6混合盐加入到BH135合金熔体中通过原位合成反应制备了TiB2颗粒增强BH135铝基复合材料。光学显微镜、扫描电子显微镜对材料的微观组织结构分析表明TiB2颗粒尺寸在200nm左右,其均匀分布与晶界及α-Al初晶内。高温拉伸试验表明复合材料在300?C的抗拉强度较基体合金提高了30%,其值为160MPa,且复合材料的断裂方式为韧性断裂。复合材料高温性能提高的机理在于原位自生纳米级颗粒的加入,提升了复合材料晶界及α-Al初晶的高温强度。     

一种真空熔炼炉的设计

真空搅拌熔炼炉主要功能是实现有色金属及合金(如铝、巴氏合金等)熔化或熔炼.目前市场在用的熔炼炉是在整体真空环境下熔炼,利用感应线圈的电磁进行颗粒增强物与液态金属的搅拌作业,占地空间大、工作费用高.由于颗粒增强物与有色金属或合金液态的润湿性很差,采用电磁搅拌的方式,颗粒增强物析出严重,无法很好地完成均匀融合的作用,搅拌均匀度非常差.设计一种可以在真空状态下实现有色金属及合金的熔炼以及添加颗粒增加物的熔炼炉装置,通过此装置进行复合材料的试验性生产.     

稳态磁场对激光熔注球形WC颗粒分布的影响机理研究

利用稳态磁场对金属流体的粘滞效应,在316L不锈钢基体上制备颗粒梯度分布的WC/316L复合涂层.为研究稳态磁场对激光熔注球形WC颗粒分布的影响机理,建立了考虑固液相变、流动以及洛伦兹力的熔注熔池多物理场模型,分析稳态磁场对流场,洛伦兹力分布以及等效黏度的影响.采用多颗粒动力学模型与熔池模型耦合计算,研究稳态磁场对熔池颗粒运动的影响.实验与仿真结果均证实,随着磁场强度从0T增大至1.2T,WC颗粒集中分布在复合涂层表层的趋势增大.分析结果表明:稳态磁场可有效增加熔池流体的等效黏度,使得颗粒在熔池中对流体的跟随性增强;同时,外加稳态磁场可以明显抑制熔池Marangoni对流,进一步降低了颗粒的运动能力,使得颗粒难以运动至熔池内部,大部分增强颗粒集中于熔池上表层.     

表面镀镍SiC_p/Al复合材料与可伐合金的真空钎焊

采用扫描电镜、材料试验机等研究了表面化学镀镍后增强相体积分数为55%的SiCp/6063Al复合材料与可伐合金真空钎焊接头的显微组织、剪切断口形貌以及钎焊保温时间对接头组织和性能的影响。结果表明:表面镀镍后的SiCp/6063Al复合材料能够实现与可伐合金的真空钎焊,在550℃下保温20min能得到剪切强度为100 MPa的接头,其断裂性质为脆性断裂;钎料中的钛元素能够与复合材料中的SiC颗粒发生化学反应,达到钎料与基体的冶金结合;焊缝组织致密,钎料对可伐合金和镀镍复合材料的润湿性都良好。     

离心铸造喷射法复合轧辊材料的研究

采用离心铸造喷射法成功制备了碳化钨颗粒增强高铬铸铁(Cr20)基复合材料轧辊,对其进行了磨损性能试验及显微组织分析.结果表明:碳化钨颗粒弥散分布在轧辊复合层中,与基体形成良好结合;轧辊表面复合层的耐磨料磨损性能是单一材质Cr20的1.38倍.     

Impact wear resistance of WC/Hadfield steel composite and its interfacial characteristics

A composite coating of WC/Hadfield steel was fabricated through centrifugal casting process to improve the impact wear resistance of Hadfield steel under the conditions of low or medium impact energy. The interfacial structure between WC ceramic particle and the steel matrix was analyzed with scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The impact wear tests at different impact energy were carried out on a MLD-10 type impact wear rig to investigate the wear-resistant properties of three kinds of composites with different WC particle sizes. For comparison, the wear tests of Hadfield steel were also carried out under the same conditions. The results show that WC particles are partially dissolved in the steel during centrifugal casting. The elements W, C and Fe in steel react to form new carbides such as Fe₃W₃C or M₂₃C₆, which precipitate around former WC particles forming fine particles during subsequent solidification. So the interface between WC particles and Hadfield steel matrix is a strong metallurgical bonding. The composite reinforced with smaller WC particles has better impact wear resistance than that of Hadfield steel regardless of impact energy level. Whereas, the composite reinforced with larger WC particles has better impact wear resistance property than that of Hadfield steel when the impact energy is small but an opposite result is gained when the impact energy is higher. So, it is very essential to choose suitable size of WC particles as reinforcement in Hadfield steel to make the composite material more durable in the service conditions.     

多元陶瓷相在激光熔覆层中的溶解机制研究

激光熔覆层材料以铁基粉末为基础,添加有TiC、WC和SiC多元陶瓷增强相。依据自由能变理论,对激光熔覆过程中的涂层化学反应方向与反应程度进行了热力学分析,研究了所添加陶瓷增强相的溶解机制,结果表明：在设定的工艺参数和激光作用下,涂层表面可产生2 000~3 000 K的高温,通过显微组织分析可以发现,在上述温度范围内陶瓷物质发生了部分甚至完全溶解,且熔池中熔化游离的Fe、Cr、Ni等离子或颗粒先后与陶瓷物质中分解出的Ti、W、Si与C元素发生再反应与互溶,形成了具有一定金属性以及陶瓷相强度和硬度的物质,如FeNi2Ti、Fe-Cr-Ni-Si等新合金相或固溶体,并达到了强化涂层性能的效果。研究结果与理论模型分析结果规律相同。     

Wear characterization of electrodeposited Ni–WC composite coatings

The present contribution reports the tribological properties of Ni–WC composite coatings, electrodeposited on steel substrate. Commercial WC particles with an average size of 5 μm were codeposited with Ni on a mild steel substrate using a Watts bath at 50°C. The effect of plating variables on deposition behavior was studied. The amount of WC in the deposited layer decreased and plating efficiency increased with an increase in current density from 0.1 to 0.3 A/cm². The tribological properties of the coatings were studied using a small amplitude reciprocating friction wear tester. The addition of WC in Ni increases the microhardness of the electrodeposited coatings. An important result is that the presence of embedded WC particles in the electrodeposited coatings results in a much lower coefficient of friction (COF) of 0.34, when compared with pure Ni (COF 0.62) and mild steel (COF 0.54).     

微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响*

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS_2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%～70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。     

球墨铸铁摩擦副激光熔覆处理层摩擦磨损研究

采用激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备了原位析出颗粒增强金属基复合材料表层.以激光强化的球墨铸铁为上试样、灰铸铁为下试样,进行了标准的SRV快速磨损试验.结果表明:熔覆层致密,冶金结合良好,与灰铸铁配副,磨损深度分别为0.84μm、1.79μm,摩擦系数在0.065-0.078内变化,摩擦系数随摩擦时间的增加呈逐渐降低的趋...     

Finite element modeling of solid particle erosion in AISI 4140 steel and nickel–tungsten carbide composite material produced by the laser-based powder deposition process

A FE dynamic model was developed to study the slurry erosion in Ni–WC composite material that considers both Ni and WC separately. The model was verified by the measured erosion rate and the eroded surface topography. The verified model was used to study the effect of material composition and different erodent particle characteristics such as impingement angle, velocity and the shape on the erosion rate, stress distribution and internal energy of the target material. The results show that the volume fraction of the Ni-matrix determines the energy absorption within the target material and the WC is responsible for minimizing the erodent attack. It was shown that a soft interlayer can provide more resistant to erosion in a multilayered Ni–WC deposit.     

Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Ni/WC合金工艺研究

研究了Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Ni/WC合金时激光功率、扫描速度和离焦量3个工艺参数对熔覆层性能的影响,并通过选择合适的工艺水平进行正交试验,从而得到熔覆层硬度和耐磨性能优良的较优工艺参数.