固溶处理对选区激光熔化双相不锈钢组织及性能的影响

通过设计和优化双相不锈钢激光选区熔化(SLM)成形工艺,制得了高精度、低缺陷密度的(21.98wt%Cr-5.37wt%Ni-3.13wt%Mo-1.95wt%Mn)双相不锈钢,进一步研究了不同固溶处理温度对其显微组织和性能的影响。结果表明,通过对不同工艺参数SLM成形试样的研究,得到最佳SLM工艺参数：激光功率275 W,激光扫描速度700 mm/s,扫描间距80μm,铺粉层厚50μm。固溶处理能有效地调控SLM成形双相不锈钢的相组成及比例,试样中奥氏体含量均较打印态试样大幅提高。较低温度固溶处理会导致脆性σ相在晶界处析出,大幅削弱试样的塑性。当固溶温度升高到1020℃及以上时,σ相消失。更高的固溶处理温度又会使晶粒粗化,既降低试样的强度又损害塑性。1020℃固溶处理试样中可获得接近平衡的双相组织,此时抗拉强度为868 MPa,伸长率达到35.0%。     

稀土改性铸造Fe-24Cr-32Ni型耐热钢高温氧化行为的研究

通过增重法研究了稀土元素Y和Ce对Fe-24Cr-32Ni耐热钢高温氧化速率的影响。同时采用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对耐热钢高温氧化层的结构和组成进行了分析。实验结果表明,在1 000℃温度下氧化100 h后,未添加稀土元素的试样单位面积氧化增重37.1 g/m²,添加0.18%Ce的试样增重量为34.5 g/m²,而添加0.20%Y的试样单位面积增重最小,仅为14.9 g/m²,说明稀土元素的加入有效提高耐热钢在1 000℃下的抗氧化性。通过对氧化膜的内部组成及结构分析可知,稀土元素可以促进氧化膜表面形成一层完整致密的尖晶石氧化物,促进氧化膜与基体界面处Si的内氧化物形成,增大氧化膜与基体的接触面积,提高氧化膜与基体的结合强度。     

不同磁控溅射工艺对纳米晶TiN薄膜微观结构与力学性能的影响

对比研究了直流磁控溅射（dcMS）、高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）和调制脉冲磁控溅射（MPPMS）所沉积纳米晶TiN薄膜的组织结构与力学性能。结果表明,因dcMS溅射粒子离化率与动能均较低,薄膜表现为存在少量空洞的柱状晶结构,薄膜力学性能差、沉积速率为51 nm/min。HPPMS因具有较高的瞬时离化率和较低的占空比,薄膜结构致密而光滑,性能得到了显著改善,但平均沉积速率较低,仅为25 nm/min。通过MPPMS技术可大范围调节峰值靶功率和占空比,从而得到较高的离化率和平均沉积速率,薄膜结构致密光滑、力学性能优异,沉积速率达45 nm/min,接近dcMS。     

TiC含量对激光选区熔化Inconel 625合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

为了提高3D打印镍基高温合金强度、硬度及耐磨性能,使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备添加不同质量分数TiC增强Inconel 625合金材料,并对比添加不同质量分数TiC(4 wt.%和8 wt.%)所制备的SLM TiC/Inconel 625试样的摩擦磨损性能。结合X射线衍射仪(XRD),金相显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段对TiC/Inconel 625试样的物相分布,微观组织结构及磨损前后的元素分布进行对比分析。结果表明,随着TiC含量的增高,SLM TiC/Inconel 625硬度从325 HV_(0.2)(不含TiC)升高到了587 HV_(0.2)(SLM 8 wt.%TiC/Inconel 625),磨损率也由22.4×10~(-5)mm~3/(N·m)下降为9.8×10~(-5)mm~3/(N·m)。其中,平均摩擦磨损系数最小的为SLM 4 wt.%Ti C/Inconel 625 (COF=0.47)。综合对比可以发现通过添加适量的TiC颗粒可以有限改善SLM Inconel 625的硬度及耐磨损性能。     

物理气相沉积中等离子体参数表征的研究进展

物理气相沉积作为制备表面防护薄膜的重要方法,一直是表面薄膜领域研究重点,而物理气相沉积中等离子体作为直接影响薄膜性能的关键因素,其参数的表征对优化沉积工艺和提高薄膜性能具有重要指导意义.概述了常用物理气相沉积方法及其发展,包括电弧离子镀、磁控溅射和电弧磁控复合技术的原理及发展历程.归纳了目前生产中常用的等离子体参数表征方法——Langmuir探针法、汤姆逊散射法、微波干涉法和发射光谱法,阐明了这些表征方法诊断等离子体参数的原理,分析了不同表征方法的优缺点和存在的主要问题,并对常用物理气相沉积中等离子体参数表征相关研究的发展和现状作了综合论述和总结,分别整理了电弧离子镀和磁控溅射中等离子体参数诊断的发展历程和近期研究.两种物理气相沉积方法最常用的等离子体参数表征方法都是Langmuir探针法和发射光谱法,早期的研究侧重于探索等离子体瞬态参数和薄膜结构性能的关系.随着现代技术的进步,早期诊断方法不断与新技术融合,研究方向也逐渐偏向于研究等离子体参数的时间变化和优化薄膜工艺、性能评价方法.最后分析了当前物理气相沉积中等离子体参数表征存在的问题和不足,展望了等离子体参数未来的研究趋势.     

超音速火焰喷涂铝青铜涂层微动磨损行为

目的 改善铝合金的抗微动磨损性能.方法 采用超音速火焰喷涂技术在ZL114A铝合金表面制备铝青铜涂层,在不同温度(25、200、300℃)下对有、无涂层的ZL114A铝合金样品进行微动磨损测试,通过对涂层性能和磨痕形貌进行表征分析,探索铝青铜涂层的抗磨损性能.结果 铝青铜涂层均匀致密,与铝合金基体结合良好,显微硬度为279HV0.3,结合强度为74 MPa.不同温度(25、200、300℃)下,涂覆铝青铜涂层样品的平均微动摩擦系数分别为0.898、0.886、0.744,磨损率分别为10.249×10–7、0.035×10–7、0.207×10–7 m3/(N·m),相比基体的平均微动摩擦系数和磨损率,3种温度下分别下降了34.5％、42.9％和58.9％.对磨痕的形貌和三维轮廓的分析表明,在25、200、300℃下,铝青铜涂层的磨损机制不相同,25℃下为磨粒磨损和剥层,200℃下为磨粒磨损、剥层、氧化磨损和粘着磨损,300℃下为塑性变形、氧化磨损和粘着磨损.结论 制备的铝青铜涂层改善了基体的抗微动磨损性能.     

偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

目的 通过系统研究电弧离子镀偏压对四面体非晶碳膜(ta-C膜)结构及性能的影响规律,阐明偏压对ta-C膜结构及性能的影响机制,为拓展ta-C膜的应用提供一定的理论依据.方法 改变电弧离子镀偏压工艺,在硬质合金基体表面沉积ta-C单层膜.采用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征ta-C膜表面及截面显微形貌,采用Raman光谱和X射线电子能谱(XPS)表征ta-C膜物相结构,利用划痕仪测量ta-C膜结合力,采用应力仪测试ta-C膜残余应力,利用压痕试验及纳米硬度计测量ta-C膜韧性及硬度,采用摩擦磨损试验机测试ta-C膜摩擦磨损性能.结果 随着偏压升高,ta-C膜表面大尺寸碳颗粒数量逐渐增加,小尺寸碳颗粒由于反溅射作用,其数量逐渐减少;ta-C膜硬度、sp3键含量及残余应力先升高后降低,偏压为?180 V时达到最大;ta-C膜与基体结合力先增加后降低,偏压为?140 V时达到最大;耐磨性表现为先升高、后下降的趋势,偏压为?140 V时,磨损率最低,达1.39×10?7 mm3/(N·m).结论 随着偏压升高,ta-C膜沉积到基体表面入射能量升高,表面大颗粒数量逐渐增多,膜层内残余应力增加,硬度升高,耐磨性增加;但随着偏压的继续升高,膜层表面小尺寸颗粒由于反溅射作用逐渐减少,膜层内石墨化程度增加,ta-C膜耐磨性下降.     

冷喷涂/选区激光熔化复合增材制造成形纯铜显微结构与力学性能的研究

基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术,以经热处理的冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形,成功制备出具有多重组织结构和优异结合强度的纯铜试样,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等分析测试方法,系统研究了热处理对其显微结构和力学性能的影响．研究结果表明：以原始态冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形时,试样上下两部分分别由均匀排列的鱼鳞状熔道和扁平化沉积粒子堆积搭接而成,两者界面由于冷喷涂沉积粒子之间的机械结合和局部冶金结合而表现出较低的结合强度;冷喷涂沉积纯铜经热处理之后,其晶粒发生再结晶和长大而形成大量等轴晶和孪晶,有效地愈合了沉积粒子之间的界面;与此同时,由于选区激光熔化成形过程中的定向散热和凝固特性,成形纯铜试样内部晶粒呈柱状生长,部分柱状晶穿过熔池边界并在界面处与冷喷涂沉积纯铜冶金结合,从而使得试样结合强度显著提高,其值高达62 MPa,较冷喷涂沉积纯铜提高了38%．表明,基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术的可行性,为快速实现大尺寸、复杂结构、高精度金属构件指明了新的方向．      

大气等离子喷涂制备SOFC连接体Cu/Mn/Co金属防护涂层

为了进一步提高固体氧化物燃料电池（SOFC）连接体防护涂层的电导率,采用大气等离子喷涂技术（APS）制备了Cu/Mn/Co金属涂层．研究了不同喷涂工艺参数对涂层性能的影响,以及涂层在800 ℃下的氧化行为．通过XRD,SEM及EDS表征涂层高温氧化过程中的相结构、表面形貌和微观结构演变,采用直流四电极法测量涂层的高温电导率．结果表明,800 ℃下氧化使金属涂层转变成了MnCo₂O₄/Cu_xMn_3-xO₄相．氧化初期,涂层表面和底部出现富Cu层;随氧化时间增加,富Cu层逐渐消失,Cu元素均匀分布在涂层中;当氧化120 h时,涂层表层的CuO层已不连续,与涂层分层且产生微裂纹．同时发现,长时间氧化后涂层截面明显致密化,形成了顶部致密、底部多孔的结构．此外,电流为550 A的涂层试样（No.2）尖晶石相最多,涂层致密度最高,其电导率也最高．800 ℃下氧化120 h后,电流为500,550和600 A的三种涂层试样（No.1~No.3）电导率分别为59.68S,93.55和85.72 S/cm,并且氧化过程中电导率保持稳定．所制备的金属涂层和尖晶石涂层均表现出较好的阻Cr扩散效果,Cr主要以Cr₂O₃的形式富集在基体和涂层的结合处．