高速火焰电弧复合喷涂枪制备3Cr13涂层的性能

高速火焰电弧(HVAF-ARC)复合喷涂枪是高速火焰喷涂枪和电弧喷涂枪的结合体,利用产生的高速燃气来雾化加速电弧喷涂过程中产生的熔融粒子,提高了喷涂粒子的飞行速度,降低了粒子的氧化,可高效制备优质的涂层。文中利用自主开发的新型高速火焰电弧复合喷涂枪和普通高速电弧喷涂枪,分别在钢基体上制备了3Cr13涂层,通过对涂层的性能检测发现,复合喷涂枪所制备涂层的氧元素含量和孔隙率都比普通高速电弧喷涂枪制备的涂层低,分别降低了33%和49%,硬度提高了12%,复合喷涂枪制备涂层的性能得到较大的提高。     

异质双丝电弧喷涂制备复合涂层的工艺优化

异质双丝电弧喷涂是利用两根不同材质金属丝制备复合涂层的一种工艺. 对于熔点相差较大的丝材组合,常出现高熔点材料熔化不完全、频繁断弧的现象. 为此文中提出了异步送丝的电弧喷涂方法,并对碳钢丝—铝丝双丝组合喷涂的电弧区行为展开了研究. 结果表明,异步送丝的电弧喷涂设备可有效解决熔点差别较大的异质双丝电弧喷涂时的稳定性问题. 最后使用扫描电镜和X射线衍射仪对Fe-Al复合涂层的组织进行表征,表明异质双丝电弧喷涂过程中阴阳两极材料间基本不发生冶金反应,形成的是一种铝软质颗粒和碳钢硬质颗粒交错叠加的机械混合涂层.     

微粒轰击Fe基非晶电弧喷涂层性能强化

为了减小热喷涂层残余应力对涂层质量的不利影响,采用喷丸(砂)微粒轰击与高速电弧喷涂相互循环交替的工艺制备了Fe基非晶涂层,使涂层残余拉应力变为残余压应力,喷丸(砂)强化涂层表面残余应力由未处理涂层表面残余拉应力277 MPa分别变为残余压应力-177 MPa(-91 MPa)。利用电子扫描显微镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等分别对涂层的微观形貌、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:经过微粒轰击后的涂层表面致密平整,组织结构密实,喷丸(砂)强化涂层的孔隙率仅为1.0%(1.5%),结合强度可达44.6 MPa(56.4 MPa),经过微粒轰击后涂层硬度、弹性模量及摩擦磨损性能都有所提升。喷丸强化涂层局部过度的轰击会使涂层结合强度及摩擦磨损性能略有下降。     

FeBSiNb合金粉末制备及非晶涂层性能研究

采用气雾化制备了FeBSiNb合金粉末,经过火焰喷涂后,制备了高非晶含量的FeBSiNb涂层。利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜和透射电镜分析了粉末和涂层的表面形貌、显微组织和结构特征。结果表明：FeBSiNb合金粉末主要由晶体Fe₂B相和α-Fe(Si)固溶体组成。FeBSiNb非晶涂层主要由非晶相(含量85vol%左右)、Fe₂B晶体相和α-Fe(Si)纳米晶相组成。非晶涂层在531~605℃区间发生晶化,涂层的玻璃转变温度T_g为513℃,晶化温度T_x为531℃,计算得出FeBSiNb系合金形成非晶相的临界冷却速率在2.0×10₆ K/s左右。对涂层的摩擦磨损性能进行测试,在5N,5Hz,30min摩擦条件下,FeBSiNb非晶涂层的摩擦系数仅为0.2左右,相对耐磨性约为45_#钢基体的10倍。     

FeBSiNb非晶纳米晶复合涂层的制备及性能研究

采用气雾化制备了FeBSiNb合金粉末,经过火焰喷涂后,制备了高非晶含量的FeBSiNb涂层。利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜和透射电镜分析了粉末和涂层的表面形貌、显微组织和结构特征。结果表明:FeBSiNb合金粉末主要由晶体Fe_2B相和α-Fe(Si)固溶体组成,形状大多为近球形并伴有少量的"卫星"球。FeBSiNb非晶涂层主要由非晶相(含量85vol%左右)、Fe_2B晶体相和α-Fe(Si)纳米晶相组成。非晶涂层在531~605℃区间发生晶化,涂层的玻璃转变温度T_g为513℃,晶化温度T_x为531℃,计算得出FeBSiNb系合金形成非晶相的临界冷却速率为9.6。对涂层的摩擦磨损性能进行测试,在载荷5N,频率5Hz,时间30min摩擦条件下,FeBSiNb非晶涂层的摩擦系数仅为0.2左右,相对耐磨性约为45#钢基体的10倍。     

碳钢高速电弧喷涂的电弧特征及材料过渡行为

高速电弧喷涂过程中两根丝材交汇处电弧的形成、丝材受热熔化与熔滴过渡等过程具有高度动态性,直接影响喷涂涂层的组织与性能.使用Hispec 5高速摄像机观测了高速电弧喷涂碳钢丝材时弧区的动态冶金过程.发现喷涂过程中阴极上的电弧收缩,阳极上的电弧发散;而且电弧的燃烧是不连续的,不断经历引弧、燃弧、熄弧、再引弧的循环过程.电弧的这些特点导致了阴、阳极丝材的非对称加热和熔化,并且熔化金属脱离丝材形成熔滴的雾化形式、大小等特征差异显著.基于高速摄像的试验结果,系统分析了喷涂过程中电弧和熔滴的形成与过渡机理.     

高速燃气喷涂枪用燃油雾化喷嘴结构参数优化

为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪,需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴,并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场,分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律,发现主、辅气出口截面积比增大,气流的喷射锥角相应增大,最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响,确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析,发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致,具有良好的雾化效果.     

轴类件热喷涂涂层残余应力的有限元分析

热喷涂涂层内部的残余应力分布是影响喷涂成形质量和使用性能的重要因素之一.文中基于热喷涂过程的逐层叠加成形的基本假设,利用有限单元法建立了轴类金属基体表面沉积铝涂层的温度场和应力场二维数值模型,研究结果揭示了喷涂涂层温度的波动上升和大量粒子独立快速凝固的典型规律,通过分析残余应力分布行为,发现涂层内部的周向和轴向应力分量最大,皆为拉应力;径向应力分量值远小于周向和轴向应力,应力方向不固定.当涂层不断增厚时,每一薄层的应力受后续沉积薄层的作用发生部分抵消,且残余应力分量值都随着涂层厚度的增加而增大.     

一种新型经济高效非晶涂层的制备与性能表征

利用火焰喷涂技术喷涂自制的气雾化合金粉末取代非晶粉末,制备了NiFeBSiNb非晶纳米晶涂层。分别对粉末和涂层的微观组织结构和热力学性能进行了表征。结果表明,自制的合金粉末球形度较好,大多为球形或椭球形;主要为晶体结构,由Nb₂Ni₂₁B₆晶体相和(Ni,Fe)₂₃B₆固溶体组成。而经过火焰喷涂制备的涂层,形成了非晶相和纳米晶相。通过公式计算此合金体系粉末和涂层形成非晶相的临界冷却速率分别为6.01×10₅K/s和4.56×10₃K/s,解释了在粉末制备过程中较难形成非晶相而喷涂过程中形成非晶结构比较容易。对涂层的摩擦磨损性能进行了测试,涂层摩擦系数仅为0.17,具有优异的耐磨性能。     

Ni基合金粉末及其非晶涂层的制备与表征

为解决非晶粉末价格昂贵、成型困难等问题,采用真空气雾化法制备了Ni FeCrMoNbBSi合金粉末,利用火焰喷涂焰流温度高、冷凝速度快有利于形成非晶相等特点,经火焰喷涂后制备了镍基非晶涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM等对粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征进行了表征。结果表明:Ni FeCrMoNbBSi合金粉末形貌为球形或近球形,主要由晶体相FeNi3和Ni CrFe固溶体组成,非晶含量较少。制备的Ni基非晶涂层组织结构致密,主要由非晶相和Cr2Ni3金属间化合物组成,非晶含量可达70%(体积分数)。