不同稀土掺杂固体渗铬对Cr-RE渗层结构及性能的影响

目的 改善GCr15轴承钢的表面性能,以满足其在重载恶劣工况下服役的要求。方法 采用固体包埋法对GCr15轴承钢进行渗铬处理,通过添加不同的稀土氧化物La2O3、Y2O3和CeO2,获得三种Cr-RE渗层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微维氏硬度计、Rockwell-C硬度计及球-盘式摩擦磨损试验机,对Cr-RE渗层的表面形貌、截面形貌、物相组成、渗层成分、显微硬度、结合强度和摩擦磨损性能分别进行表征。结果 不同稀土元素添加都能在GCr15轴承钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬层,其厚度为10 μm,其中Cr-La渗层韧性和结合强度最好,其压痕等级为HF1。Cr-RE渗层主要由Cr7C3、Cr2C和(Cr,Fe)7C3等相组成。Cr-RE渗层能显著提高基体表面硬度,其中Cr-Y渗层表面硬度最大可达1520 HV。三种Cr-RE渗层均有提高耐磨性和减摩作用,其中Cr-La渗层具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.4714,磨损率为4.4806×10?7 mm3/(N?m),其磨损机理为粘着转移和氧化磨损。结论 稀土掺杂渗铬能有效改善渗铬层的韧性和耐磨性,其中Cr-La渗层综合性能最好。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

喷雾干燥法制备PS-PVD用8YSZ纳米团聚粉末

目的 通过喷雾干燥法制备用于等离子喷涂-物理气相沉积法（Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD）多相沉积柱状/致密涂层的ZrO2-8%Y2O3 (8YSZ)纳米团聚粉末。方法 采用平均粒度为20 nm的8YSZ纳米粉为原料并配制成浆料,球磨后通过喷雾干燥法制备出8YSZ的纳米团聚粉末,并研究不同含量粘结剂（NJ-3）对粉末的影响。利用TEM、SEM表征粉末及涂层的微观结构。通过XRD、激光粒度及拉伸试验对粉末及涂层性能进行表征。结果 纳米8YSZ粉末在添加适当种类及含量的分散剂、粘结剂并通过喷雾干燥加工后,成功制备出球形度高、粒度小且适用于气/液/固多相沉积的PS-PVD用喷涂粉末。当粘结剂含量低于8%时,粉末球形度低,表面存在明显坑孔。而当粘结剂含量高于12%时,PS-PVD气相沉积效率低,涂层质量差。当粘结剂含量为10%时,粉末球形度高,D90=12.24 μm,可气/液/固多相沉积制备形貌良好的柱状涂层及致密涂层。其中气相沉积所制备柱状涂层结合强度可达33 MPa,且原始粉末中的m-ZrO2完全转变为t-ZrO2。结论 当粘结剂含量为10%时,所制备粉末能够流畅送粉,并进行气/液/固多相沉积,且涂层质量最优。粘结剂在粉末内部分布均匀,并主要起粘结和支撑作用,同时可改善粉末表面形貌。喷雾干燥后粉末粒度随着粘结剂含量增加而增大,但非线性变化。     

沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜结构及性能的影响

目的改善GH4169合金的表面性能,制备摩擦学性能优良的复合薄膜。方法采用离子源辅助直流磁控溅射技术制备NiCrAlY/Ag复合薄膜,研究沉积温度分别为60、120、180℃对薄膜结构和性能的影响。利用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)进行薄膜元素成分含量、表面形貌、截面形貌、粗糙度和相结构的检测。采用纳米压痕仪、划痕法、球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力、摩擦磨损性能进行分析。结果 NiCrAlY/Ag复合薄膜的表面致密度、晶粒尺寸以及表面粗糙度随沉积温度的升高而增大,物相组成主要为Ni3Al、Ag和Cr,薄膜的硬度在5.67～6.41GPa之间。复合薄膜的膜/基结合力随沉积温度的增加而降低,其中沉积温度为60℃时的膜基结合力最佳(33.1N),并且在此沉积温度下的复合薄膜具有最佳的室温摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.24,磨损率为3.52×10–5 mm3/(N·m),磨损机制为氧化磨损和磨粒磨损。结论沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜的结构性能影响显著,当沉积温度为60℃时,薄膜综合性能最好。