激光增材TC4表面纳米梯度层结构与性能研究

采用超音速微粒轰击技术在激光增材TC4表面制备了纳米梯度强化层,并采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计和磨损试验机对不同处理时间的纳米梯度强化层微观结构演变和力学性能进行了测试。研究表明,经超音速微粒轰击处理后,TC4合金在一定范围内形成梯度结构的塑性变形区,其表面形成纳米晶。随轰击时间的增加,变形区厚度增大、纳米晶粒尺寸逐渐减小,轰击360s样品变形层厚度为300μm,晶粒尺寸可达10.4nm。随着晶粒细化和塑性变形的加剧,组织中α′相含量增多,由细晶强化和相变强化共同作用,激光增材TC4合金硬度显著增大。当轰击时间为360s时,样品的最高硬度为735.8HV0.1,较未处理激光增材TC4合金提高~23%,因而其表现出更优异的摩擦磨损性能,其磨损方式由以粘着磨损为主逐渐变为以磨粒磨损为主的方式。     

不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析。实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势。当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值。分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之。     

纳米压痕法测量残余应力的研究现状

概述了纳米压痕技术测量构件残余应力方面的理论知识,回顾了纳米压痕技术的测量原理,包括硬度、接触面积、接触刚度及弹性模量的计算。将纳米压痕测试计算残余应力的模型分为两大类,并重点对以载荷-位移曲线为依据推导出的残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Swadener等模型)的分析过程以及它们在实际应用上的优缺点进行了介绍,同时展望了纳米压痕法测量残余应力未来的发展方向。     

MCrAlY金属黏结层高温失效行为研究进展

随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高,MCrAlY(M=Ni,Co或NiCo)包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点,成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而,高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分布状态愈加复杂,黏结层界面失效导致陶瓷面层的剥落,限制了其在热防护涂层领域的发展。本文简述了黏结层的发展进程,重点阐述高温相转变、热应力和生长应力增加以及S元素扩散等因素导致的黏结层界面的失效行为,分析黏结层界面失效机理,归纳总结了国内外针对金属黏结层界面失效的改进研究工作,并在此基础上提出采用稀土及纳米颗粒协同强化MCrAlY材料,为未来热障涂层体系的优化设计提供了研究方向。     

工艺参数对SHS法制备TiC-Ni(Mo)金属陶瓷复合材料的影响

为了研究预压坯相对密度、预热温度、反应物配比、孔隙率等工艺参数对TiC-Ni(Mo)铝基金属陶瓷复合材料高温合成过程的影响作用,采用自蔓延燃烧合成(SHS)技术在7A52铝合金表面制备了TiC-Ni(Mo)金属陶瓷复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)对涂层的物相结构进行了分析。结果表明:体系的燃烧速度随预压坯相对密度的提高呈先增后减的趋势,预压坯的最佳相对密度约为55%;体系的燃烧温度随预热温度增长而增长,最佳预热温度区间在400~450K;体系的绝热温度随体系中Ni-Mo含量的提高而降低,最合适的配比方案为TiC-20Ni(Mo)。     

中锰钢表面堆焊TiC的组织与性能

中锰钢预热系数小,膨胀系数高且具有良好的耐磨特性,在工业领域应用广泛。但因其运行环境恶劣,常受到外界压力的持续冲击,加之铸造过程中表面形成气孔、夹杂等缺陷使得中锰钢常因疲劳而破裂损坏。为了解决这一问题,运用表面改性技术,使用自蔓延特种陶瓷焊条对坦克装甲履带中锰钢表面进行焊接,在中锰钢的表面熔入大量的 TiC 颗粒。实验结果表明：熔有陶瓷相的中锰钢的表面组织更加均匀,气孔明显减少,并且 TiC 陶瓷相均匀分布在中锰钢中,与中锰钢组织结合良好,无明显裂纹出现。实验证明 TiC 陶瓷相的加入可有效地提高中锰钢的硬度和耐磨性能。     

不同沉积温度对纳米Ti薄膜微观结构和残余应力的影响

本实验采用纳米压痕技术利用Suresh模型和Lee模型研究了直流磁控溅射制备薄膜时,不同基底温度对Ti薄膜内部残余应力的影响,并将其计算结果与曲率法测试结果进行比较分析。同时结合原子力和XRD对薄膜表面形貌和微观结构进行了分析。研究发现：Suresh模型的计算结果与曲率法测量结果更为接近,Lee模型更适合对Ti薄膜中的应力大小进行计算。计算结果表明：金属Ti薄膜表面晶粒随基底温度的增加先增大后减小,薄膜中的残余应力则由压应力转变为拉应力。