海洋平台用S355钢表面电弧喷涂Al涂层组织及性能

利用电弧喷涂工艺在S355钢表面进行了喷涂Al涂层,通过SEM、EDS、XRD对试样表面-界面进行了形貌、物相、面扫描和线扫描分析。用能谱面扫描观察了涂层表面化学元素分布状态,并结合界面的能谱面扫描和线扫描分析,讨论了涂层与基体的结合机理。采用质量分数为3.5%Na Cl溶液进行了电化学性能测试,检验了Al涂层的耐腐蚀性能。结果表明,电弧喷涂Al涂层在S355基体表面形成均匀、致密、结合良好的Al涂层,其物相为纯Al和α-(Al Fe),其中α-(Al Fe)出现在扩散层;Al和O元素在涂层表面形成富集区,形成致密氧化膜对Al涂层进行保护;Al元素在结合界面形成富集层,其原子浓度发生阶梯过渡变化,在扩散层中发生Fe-Al化合反应,形成冶金结合方式;Al涂层极化曲线发生正向移动,耐腐蚀性较好,对S355钢基体起到了保护作用。     

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的 研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法 采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果 选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论 在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。     

金属表面腐蚀层及涂层的激光干式清洗研究进展

激光干式清洗方法,因操作简单、清洗过程易于控制等优点,目前应用最为广泛。重点介绍了激光干式清洗在各种金属材质表面不同腐蚀层和涂层清除中的应用,包括有多种钢材表面的锈层,钢材表面的ZrO2、Cr2O3、Al2O3变性层,热轧钢表面高温氧化层,Ti合金表面富氧α相层,合金钢在H2S环境中腐蚀而形成的硫化层,钢、铝合金、钛合金表面漆层,热压成型钢板表面Al-Si涂层以及航空压缩机Ti合金叶片TiAlN涂层等。分类对比了不同清洗对象所需选用的合适激光清洗工艺参数,如波长、脉宽、频率、功率、扫描速率等。金属材料激光干式清洗多选用波长为1064 nm的纳秒激光器,清洗后表面粗糙度可达1μm,且随着能量输入的升高而增大。锈层的去除主要依靠高温烧蚀作用,变性层是由于产生的热弹性应力而剥离,而漆层和涂层则是由于烧蚀气化、热振动、热冲击等机制实现清洗。最后,对激光清洗技术在国内不同工业领域中的应用前景进行了展望。     

激光清洗对30Cr3超高强度钢表面及焊接质量的影响

为了研究激光清洗预处理对30Cr3超高强度钢焊接质量的影响,通过扫描电镜分别对清洗前后的表面形貌、元素组成及基体组织进行对比观察。结果表明,合适的激光清洗工艺可有效去除30Cr3超高强度钢待焊表面氧化层,使表面更加光滑平整,且不损伤基体材料。将激光清洗后的试验件进行电子束焊接,焊后观察其焊缝表面成形良好,无咬边、凹陷等缺陷,焊缝内部质量及力学性能均能达到要求。将焊接接头制成金相试片观察其显微组织形貌,激光清洗预处理后的焊接接头在低倍扫描电镜下焊缝成形饱满,没有出现裂纹、咬边等缺陷;通过高倍扫描电镜观察焊缝中心区域晶粒细小均匀。因此,30Cr3超高强度钢焊前采用激光清洗进行预处理可以有效清除待焊表面污染层,且焊接质量满足要求。     

振动辅助磁针磁力研磨法对管件焊缝表面氧化皮的去除实验

目的 去除焊接管件焊缝处的氧化皮,改善焊缝处的应力状态。方法 采用振动辅助磁针磁力研磨法去除导磁材质管件经焊接处理后焊缝表面的氧化皮,利用超景深电子显微镜观察氧化皮的去除情况;利用X射线能谱分析仪对焊缝表面氧化皮的成分进行分析,根据氧化皮及管件材料主要元素的占比情况,分析检测焊缝表面氧化皮是否被完全去除。结果 焊缝表面氧化皮经振动辅助磁针磁力研磨后被完全去除。通过对比振动辅助磁针磁力研磨前后的表面形貌发现,表面颜色由黑变光亮,氧化皮得到有效去除。通过EDS成分分析可知,氧化皮的主要成分为C元素,质量分数为88.62%;管切面显示基体的主要成分为Fe元素,质量分数为67.09%。通过振动辅助磁力研磨法去除氧化皮后,管表面的元素组成与研磨前相比C元素降低了85.52%,Fe元素增加了63.06%。表面残余应力由原始的+17.5 MPa变为?186.0 MPa。经研磨后,氧化皮基本被完全去除。结论 焊缝表面成分的检测结果证实,从表面形貌分析中得到氧化皮被完全去除的结论是正确的,同时也表明振动辅助磁针磁力研磨对完全去除焊缝表面的氧化皮具有可行性。     

镍基高温合金氧化膜焊前激光清洗工艺研究

利用激光清洗技术对镍基高温合金表面氧化膜实施焊前清洗,研究了镍基高温合金的氧化膜激光清洗工艺,通过扫描电镜、EDS能谱分析了清洗后表面的微观形貌及元素含量,测试了清洗前后基材的耐腐蚀性能及力学性能.结果表明,选用优化后的50W,150 kHz,30 mm/s,250 ns的脉冲激光清洗工艺参数能有效地去除合金表面原生氧...     

激光辐照诱导氧化铝陶瓷基板表面化学镀铜

采用激光辐照处理对Al2O3陶瓷基板进行预处理,经过超声波辅助化学镀在Al2O3陶瓷基板表面成功制备了化学镀铜层。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和能谱(EDS)研究分析了激光辐照预处理前后Al2O3基板表面形貌和Al2O3基板化学镀铜表面以及截面形貌,划痕形貌,并与传统贵金属Pd活化预处理化学镀铜进行对比。试验结果表明:激光辐照处理后Al2O3基板表面出现了大量的微孔和纳米级颗粒凸起,这些表面缺陷易于吸附外来物质成键,实现化学镀铜过程,其中镀层与基底也有较好的结合力;与传统Pd活化预处理化学镀铜对比发现,激光辐照处理避免了繁琐的工艺和贵金属带来的污染,同时生成的化学镀铜层颗粒与颗粒之间融合更好。     

焊前激光清洗预处理对TC11钛合金焊接性能的影响

利用激光清洗对TC11钛合金表面进行焊前预处理,采用光学显微镜及扫描电镜表征激光清洗前后的表面形貌,以及通过能谱分析激光清洗前后试板表面的元素分布,结果表明:采用合适的激光清洗参数可有效地清除TC11钛合金表面的积碳、金属颗粒及氧化层。对清洗后的TC11钛合金试板进行真空电子束焊接,结果表明:经激光清洗后TC11钛合金试板的焊缝质量达到一级,因此,利用激光清洗进行焊前预处理可有效提高TC11钛合金的焊接质量。     

钛合金表面Ta-W涂层的制备及循环氧化行为

采用电弧离子镀(AIP)在Ti-6.48Al-0.99Mo-0.91Fe(质量分数,%)钛合金表面制备Ta-10W(质量分数,%)涂层。通过扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、透射电镜(TEM)分析、电子探针分析(EPMA),X衍射分析(XRD),划痕及纳米压痕试验,研究钛合金基体与Ta-W涂层经900℃大气循环氧化前后的物相组成、组织形貌及性能,讨论涂层/基体的氧化行为。结果表明:沉积态Ta-W涂层连续、均匀、致密,由颗粒细小(≤50 nm)的α-Ta(W)堆积成100~250 nm的等轴晶组成,硬度为14.4~15 GPa,与基体的临界载荷为58.5 N;经900℃大气循环氧化后,钛合金表面形成带裂隙的层状Ti O2、Al2O3疏松混合氧化膜,氧化膜明显脱落;Ta-W涂层能明显提高钛合金的抗循环氧化性能,形成以β-Ta2O5为主的致密氧化膜;随着氧化的进行,氧化膜中Ti O2、Al2O3含量增加并出现Al Ta O4、Al WO4相,氧化膜始终保持完整;氧化过程中,基体中Ti、Al元素及涂层中Ta、W元素互扩散,在界面形成Al Ta2、Al2Ta3、Al3Ti、TixW1-x相,O元素扩散并固溶于基体,在近界面基体处形成厚度逐渐增加的富Ta、W、Al、O、α-Ti固溶体(稳定)区,涂层元素向氧化膜和基体扩散而被消耗为其失效的主要原因。     

双丝电弧喷涂Ni-Al粉末特征及复合涂层显微结构

采用双丝电弧喷涂在6061-T6铝合金基体上制备Ni-5Al(质量分数,%)为底层,Ni-20Al(质量分数,%)为面层的Ni-Al复合涂层。通过不同雾化气体压力并利用机械手以水方式回收喷涂Ni-Al粉末,利用扫描电镜观察粒子形貌特征,对喷涂过程中的Ni-Al粉末表面和截面形貌进行了分析。采用SEM,EDS,XRD和TEM对涂层的显微结构进行了表征。试验结果表明,双丝电弧喷涂过程中,喷涂熔滴粒子随着雾化压力的增大,尺寸减小,从表面形貌上观察,2种丝材喷涂过程中产生的熔融粒子形态没有明显差别,都是由Al2O3和Ni的Al化物组成。双丝电弧喷涂获得的Ni-Al复合涂层,Ni-5Al(质量分数,%)涂层中的主相是Ni固溶体,还包括少量Ni O,Al2O3和Ni3Al4;Ni-20Al(质量分数,%)涂层中的主要组成相为Ni固溶体、Ni Al和Ni3Al。涂层中存在非晶相和等轴晶,经过电子探针能谱分析,主要由Ni,Al和O等元素构成。     

LC4铝合金在格尔木盐湖大气环境中的腐蚀行为

通过在我国西北格尔木典型大气环境进行大气暴露实验,测定LC4铝合金在该地区的腐蚀率;利用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDX)、电子探针(EPMA)、红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)观察分析LC4铝合金腐蚀表面形貌、元素分布和腐蚀产物结构。结果表明:LC4铝合金的腐蚀以点蚀为主要特征,比其在非盐湖大气环境中的腐蚀严重,朝地面的腐蚀比朝天面严重,腐蚀产物层中含有大量的氧和铝,较多的氯和硫;主要腐蚀产物为Al2O3,Al2O3.2SiO2.2H2O和Al2Cl6.6H2O;含氯和硫的盐参与铝合金的大气腐蚀过程,并起到促进腐蚀的作用。     

脉冲激光对6106铝合金表面形貌及氧含量的影响

研究了脉冲激光清洗在不同的清洗速度以及不同的脉冲重复频率下铝合金表面形貌以及表面氧元素含量的影响。试验结果表明,在清洗速度较低时(0.1~0.6 m/min),铝合金激光清洗过的表面呈溅射重叠的状态,当清洗速度大于0.8 m/min时,脉冲激光在铝合金表面的形成的冲击坑逐渐变得分散、独立;铝合金表面氧元素整体的含量随清洗速度的增减呈先下降后增加的趋势,在清洗速度较小或者较大时,氧元素含量均接近母材表面氧元素含量水平,氧元素含量分布具有明显的区域性,脉冲激光冲击坑的位置氧元素含量明显高于周围未冲击位置。随脉冲重复频率的增加,铝合金表面形貌由独立冲击坑逐渐过渡为溅射重叠的状态,表面氧元素整体含量明显下降,约为母材氧含量的1/2,氧元素的分布也逐渐变为弥散。     

钢基电镀铝层阳极氧化处理后的组织结构和性能

用扫描电镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）测定了Q235钢上电镀铝层在硫酸溶液中不同时间阳极氧化处理后的组织结构和表面形貌，并对其硬度和耐蚀性能进行了测试。结果表明：电镀铝层经不同时间阳极氧化处理后，表面由非晶态Al2O3相和Al相组成，其上存在有纳米级的孔洞。随着氧化时间的延长，非晶态Al2O3相增多，Al相减少，氧化膜厚度增加，表面孔洞尺寸增大；氧化膜的硬度呈现先增加后降低，最后趋于稳定，且都显著高于电镀铝层的硬度。并且电镀铝层经阳极氧化处理后，在3．5％NaCl溶液中的电化学耐蚀性能大幅度增加，但随着阳极氧化处理时间的延长，电镀铝层的耐蚀性能降低。     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现,激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm²,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面...     

NY-400 型耐张线夹内部交流腐蚀形貌及产物研究

目的研究老旧高压输电耐张线夹内部交流腐蚀。方法截取已运行35 a的耐张线夹并解剖,采用扫描电子显微镜分析腐蚀区的微观形貌,采用X射线衍射仪、能谱仪和X射线光电子能谱仪对腐蚀区元素及物相进行分析鉴定,分析线夹内部腐蚀损伤演化过程。结果线夹内表面与铝线表面局部出现大量白色腐蚀产物和黑色覆盖物,白色腐蚀物呈粉末和片层两种形态。分析表明,腐蚀产物相组成为Al2O3,Al O(OH)和Al OOH;黑色覆盖物随深度增加而减少,黑色区域主要元素为Al,O和C,物相组成为Al2O3,C(graphite)和含C有机物。钢芯锌层破坏区的内层铝线更易腐蚀,腐蚀区呈灰黑色,微观形貌为富铁元素颗粒镶嵌在其它腐蚀产物中,区域的主要元素为Al,C,O,Fe和Zn,Fe元素存在形式为Fe2O3;钢芯表面镀锌层局部腐蚀严重,呈现平面型点蚀形貌,主要元素为Zn,Al,C和O,Zn腐蚀产物为六边纤锌矿结构Zn O。结论内部交流腐蚀原因为液体渗入,同时腐蚀产生大量的热致使材料分解。     

RE对铝合金表面氧化膜保护效果的影响

采用减压凝固试验法，研究了RE对A356铝合金熔体氢含量的影响规律。通过X射线衍射、扫描电镜等分析了RE对A356铝合金表面氧化膜成分及形貌的影响。结果表明，A356合金中加入一定量的RE后，熔体氢含量显著降低。加入RE后，表面氧化膜出现大量RE氧化物和铝氧化物形成的LaAl11O18的复合氧化物，这种复合氧化物使铝合金表面氧化膜更加致密。扫描电镜分析表明，不加RE的氧化膜表面凹凸不平，有明显开裂后愈合的痕迹，而添加RE后，表面比较平整，致密度显著增加，几乎没有看到开裂的现象，这大大减少了新鲜的铝液暴薅在空气中的几率，降低了熔体中的氢含量。     

A study on laser cleaning and pulsed gas tungsten arc welding of Ti–3Al–2.5V alloy tubes

An alternate cleaning process to chemical process of Ti–3Al–2.5V tube surface by a pulsed fiber laser and welding of the laser-cleaned tubes with end fittings by Pulsed Gas Tungsten Arc Welding (GTAW-P) technique is reported in this paper. Results on surface morphology, hardness, chemical composition, metallography and X-ray radiography are presented for laser assisted cleaning and welding of Ti–3Al–2.5V alloy tubes. Welding of laser-cleaned samples show excellent weld quality.     

AA6063铝合金表面激光熔覆Al_3Ti涂层

将Al和Ti粉末按照摩尔比为3∶1预涂在AA6063铝合金表面进行激光熔覆处理。试验结果表明,采用合适的激光功率和扫描速度可获得无裂纹、无孔洞且表面平整的涂层。涂层由枝晶状Al3Ti和枝晶间纯Al组成,Al3Ti枝晶靠近试样表面一侧细小、而靠近基材一侧粗大,涂层和基材之间形成了良好的冶金结合。涂层的硬度(HV)可达500,显著改善了铝合金的表面性能。