多弧离子镀TiN涂层的N_2/Ar流量参数研究

利用多弧离子镀在硬质合金基体上制备TiN涂层,研究了N_2/Ar流量比对TiN涂层表面大颗粒分布与力学性能的影响。通过扫描电镜观察TiN涂层的表面形貌,并利用Image J图像处理软件对大颗粒的数量和尺寸进行了分析,通过自动划痕仪和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行表征。结果表明:随着N2流量的增加,涂层表面沉积颗粒的最大直径和平均直径逐渐减小,涂层的附着力整体呈现增加趋势,显微硬度则先增大后减小。     

氮气流量对TiN 薄膜组织结构及力学性能的影响

采用磁控溅射方法在不锈钢表面沉积TiN薄膜,通过扫描电子显微镜、显微硬度计、CSPM5500扫描探针显微镜、X射线衍射仪、往复式摩擦磨损仪等分析测试手段,研究氮气流量对薄膜形貌、成分、结构、硬度、表面粗糙度、耐磨损等性能的影响.结果表明,随着氮气流量的增加,薄膜的显微硬度、膜厚都逐渐降低,膜基结合力逐渐增加,膜基结合力在16 mL/min时达到最大67.2 N;表面粗糙度和平均摩擦系数均在8 mL/min时最低.随着氮气流量增加,薄膜主要生长取向由(200)晶面转向(111)晶面生长;TiN薄膜的颜色也随氮气流量增大而加深,8 mL/min和12 mL/min时为金黄色,4 mL/min和16 mL/min时颜色较差.      

TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金组织结构及性能的影响

采用一步烧结法, 通过改变原材料中TiN的添加量研究其对硬质合金组织结构及性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射分析仪、粗糙度测量仪、划痕测试仪等, 探究TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金物理力学性能、微观组织结构、物相组成、表面形貌以及与涂层的结合力等性能的影响。结果表明: TiN添加量在0~1.6%范围内, 随着TiN添加量的增加, 合金的相对磁饱和强度和密度减小, 矫顽磁力增大、硬度和抗弯强度增大, 合金的脱β层厚度增加, 表面粗糙度先减小后增加, 与CVD涂层的结合力先增加后减小; 当TiN添加量为0.8%时, 合金与CVD涂层的结合力最好。      

超音速火焰喷涂工艺对WC-CoCr涂层的力学性能影响研究

采用超音速火焰喷涂（HVOF）在调质45钢表面制备WC-CoCr涂层,调节不同喷涂工艺制备3种涂层.运用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）手段及LeiCa DMIMR图像分析系统对所制备涂层的组织形貌和成份进行表征与分析;并利用显微硬度仪对涂层的力学性能进行表征.结果表明：WC-CoCr涂层的孔隙率随着喷涂距离的增加而减小,进一步增加时涂层的孔隙率反而增大,涂层的显微硬度也随着喷涂距离的增加而减小,喷涂距离为370时其显微硬度达到最优,显微硬度值为1477.61HV0.3.通过以上工艺对比分析可知喷涂距离对涂层的性能影响较大.     

Ar气流量对石墨表面CVD TaC涂层生长与表面形貌的影响

用C3H6作为碳源气,Ar作为稀释气体和载气,TaCl5为钽源,采用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)在高纯石墨表面制备TaC涂层。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等对涂层进行表征,研究1 000℃下稀释气体(Ar)流量对TaC涂层成分、织构及表面形貌的影响。结果表明:随着稀释气体流量增大,表面均匀性和光滑度提高,晶粒尺寸减小,晶体择优取向降低,沉积速率减小,涂层中C含量增多。当稀释气体流量为100 mL/min时,TaC涂层晶粒尺寸与沉积速率分别为32.5 nm和0.60μm/h;而当稀释气体流量增大到600 mL/min时,涂层晶粒尺寸与沉积速率分别下降到21 nm和0.25μm/h。     

机械合金化制备Al-Al2O3-ZrO2-Y2O3复合涂层及其性能研究

通过机械合金化在室温下于304不锈钢表面成功制得Al-Al2O3-ZrO2-Y2O3复合涂层。通过相关实验分析了复合涂层的组织形貌、显微硬度及高温氧化性能。结果表明:随着球磨时间的增加,涂层厚度先增加后减小;当球磨时间为8h时,涂层最为致密,平均厚度约为200μm;当球磨时间为14h时,涂层部分剥落,涂层厚度减小。涂层的显微硬度明显高于基体,且从表层到基体呈梯度下降,最高显微硬度值达HV0.1525,为基体硬度的2倍多。Al-Al2O3-ZrO2-Y2O3复合涂层的抗高温氧化性能良好。     

纯钛TA2激光气体氮化涂层的组织与性能

使用快速横流的CO2连续激光器在工业纯钛TA2表面进行激光气体氮化改性处理,制备形成致密、无裂纹缺陷的改性层。用扫描电镜和能谱分析仪对激光气体氮化改性层的色泽、宏观形貌和微观组织进行分析;利用显微硬度计对氮化区域的显微硬度进行测试。研究结果表明:经过激光表面氮化处理后,在基体纯钛TA2表面发生了化合反应,生成以TiN为增强相的金黄色耐磨涂层。氮化改性层的组织主要是由细小的、枝晶状的TiN构成。随着激光输出功率的增加,TiN涂层的色泽特征由浅变深,表面形态由平整变为皱状。工业纯钛TA2显微硬度提高,表面强化明显。     

铺粉厚度对Mo2FeB2涂层组织与性能影响研究

为了探究铺粉厚度对Mo₂FeB₂涂层成形质量和性能的影响机制,采用激光熔覆预置粉末法制备Mo₂FeB₂涂层,研究铺粉厚度对Mo₂FeB₂涂层形貌、显微组织、显微硬度及耐磨性的影响。研究发现：当铺粉厚度增加,涂层的高度、宽度增加,稀释率逐渐降低;铺粉厚度对涂层的相组成没有影响,但涂层中存在的主要相组成有助于提高涂层的硬度、耐磨性等性能;对涂层的微观组织观察发现,随着铺粉厚度的增加,枝晶的数量呈现先增大后减小的趋势,枝晶大小先不变后减小,且铺粉厚度为1.0 mm时枝晶间隙小于另外两种厚度;金相打点测试和元素映射结果表明涂层中出现明显的元素偏析;显微硬度测试表明,铺粉厚度的增加有利于提高涂层的平均硬度;磨损测试表明,铺粉厚度的增加有利于提高涂层的耐磨性能。通过对不同铺粉厚度的宏观形貌、微观组织、硬度及耐磨性分析,综合实际需求与经济效益,1.0 mm为最佳铺粉厚度选。     

Al靶溅射功率对CrAlN涂层组织结构及摩擦性能的影响

为探寻Al靶功率对CrAlN涂层性能的直接影响, 利用直流反应磁控溅射的方法在304不锈钢基体上沉积CrAlN涂层, 并研究不同Al靶功率对CrAlN涂层组织结构与摩擦性能的影响.采用SEM、XRD、AFM、往复摩擦磨损试验机、显微硬度计、三维轮廓仪对试样的物相组成、表面形貌、摩擦磨损性能、硬度和磨痕形貌进行表征.结果表明:随着Al靶功率的增加, CrAlN涂层的晶粒尺寸呈现轻微的先增大后减小的规律, Al靶功率为180 W时的晶粒尺寸最小; 随着Al靶功率的增加, 显微硬度、平均沉积速率呈现先增大后减小的规律而磨痕深度、平均体积磨损率呈现出相反的变化趋势.经综合比较, Al靶功率为150 W时CrAlN涂层的综合性能较优.      

机械合金化法制备NiCrAlCoY涂层的研究

采用高能球磨机在室温下于碳钢表面制得NiCrAlCoY涂层,利用SEM、EDS、XRD、显微硬度测试和高温氧化实验等方法分析涂层的显微形貌、组织结构、显微硬度及高温氧化性,并对机械合金化过程中基体表面形成涂层的机理作了初步探讨.研究结果表明,提高球磨转速有利于涂层厚度、显微硬度的增加和抗高温氧化性的提高;以400r/min球磨10 h时,碳钢表面形成界面结合良好且平均厚度为50μm的NiCrAlCoY涂层;合金涂层显微硬度HV0.1 最大达706,约为基体硬度的3倍;界面结合处的硬度呈梯度变化,对涂层起到良好的支撑作用,而涂层的存在显著提高了基体的抗高温氧化性能.     

N_2气压对CrWN涂层结构及性能影响

采用电弧离子镀技术制备CrWN涂层,研究沉积N_2气压对CrWN涂层的微观结构、形貌、沉积速率、硬度及摩擦学性能的影响。利用SEM,XRD和XPS检测/表征CrWN涂层的晶体结构、形貌及成分;利用硬度计、磨损仪和轮廓仪分别测试CrWN涂层的硬度、摩擦因数及磨损率。结果表明,CrWN涂层为面心立方结构,随着沉积N_2气压的升高,CrWN涂层的(111)和(200)衍射峰强度明显增强,涂层表面大颗粒数量和尺寸逐渐减小,沉积速率最高1.13mm/h;当N_2气压由0.5 Pa升高到1.0 Pa时,CrWN涂层的显微硬度(HV)由1 900增大到2 010,随着N_2气压进一步升高,CrWN涂层硬度有所降低;CrWN涂层平均摩擦因数稳定在0.5左右,在N_2气压2.0 Pa时磨损率达到最大值5.4×10~(-7)mm~3/(N·m),明显低于Cr N涂层的摩擦因数0.7和磨损率6.7×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

CeO2添加量对45钢表面激光熔覆Ni-WC涂层的组织和性能影响

利用二氧化碳激光器在45钢基体表面上熔覆Ni-WC-CeO₂的复合涂层,使用扫描电镜、EDS、显微硬度计、洛氏硬度计,研究CeO₂添加量对Ni-WC-CeO₂复合涂层宏观形貌、显微组织、元素分布、表面硬度及纵截面显微硬度的影响,以找到最佳的CeO₂添加量。CeO₂的添加有助于改善涂层宏观形貌、基体和涂层的扩散及浸润性,细化微观组织及WC形貌,提高涂层表面硬度和纵截面显微硬度。CeO₂添加量存在一个最佳值：当CeO₂添加量为0.3%时,Ni-WC-CeO₂复合涂层表面无渣、无裂纹、较小润湿角,宏观形貌最好,从表面到与基体结合处涂层显微组织无枝晶,组织明显细化,Ni-Cr合金与WC间、涂层与基体间的元素发生明显互扩散,碳化钨形貌细化且分布较为均匀,涂层表面硬度最高,所有涂层纵截面显微硬度均呈现中间高两端低的“山形”分布;当CeO₂添加量为0.25%时,每组纵截面显微硬度几乎都高于其他CeO     

偏压参数对多弧离子镀CrN薄膜力学性能的影响

利用研发的多弧离子镀设备在高速钢基材上制备CrN薄膜,研究偏压参数对CrN薄膜表面形貌和力学性能的影响。结果表明,在偏压参数幅值增加的过程中,薄膜表面大颗粒的数量和尺寸呈现先减小后增大的变化趋势,薄膜硬度和结合力均呈现先增大后减小的变化趋势。残余应力随着偏压参数幅值的增加而逐渐增大。     

反应等离子喷涂TiN复相涂层的组织与性能研究

采用工业纯钛粉,利用反应等离子喷涂技术,在45钢表面原位合成TiN复相涂层。利用X射线衍射仪分析了涂层的物相组成,采用扫描电镜观察涂层的组织结构、显微压痕、断口和磨损形貌,采用能谱仪分析压痕微区成分,测试了涂层的显微硬度和耐磨性能。结果表明:复相涂层由TiN、TiN0.3、Ti3O组成;涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间、层与基体之间结合较好;涂层的显微硬度为983~1 254 HV0.1;显微压痕形状清晰、规则,且压痕周围无翘边现象;断口形貌说明涂层具有一定的韧性,为介于陶瓷材料与韧性材料之间的混合断裂机制;涂层在低载荷时耐磨性能最佳。     

TiN和TiAlN涂层硬质合金的氧化和切削性能

采用阴极弧蒸发涂层工艺在硬质合金基体上分别沉积TiN和TiAlN涂层。利用XRD、SEM和显微硬度计分析2种涂层硬质合金氧化前后的物相组成、组织形貌和显微硬度,并对2种涂层硬质合金刀片进行切削性能测试。研究结果表明:2种涂层硬质合金在不同温度氧化一定时间后出现边缘开裂,基体氧化物鼓出。TiAlN涂层硬质合金抗氧化性能优于TiN涂层硬质合金。2种涂层硬质合金的显微硬度随着氧化时间增加而减小。由于TiAlN涂层硬质合金具有良好的抗氧化性,所以随着切削速度提高,表现出更好的切削性能。     

超音速等离子喷涂法制备PbTiO3涂层的表征

利用超音速等离子喷涂在调质45钢表面制备PbTiO3涂层,运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及能谱分析(EDS)等手段对所制备涂层的组织形貌和物相成分进行表征与分析;并利用显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行表征。结果表明:PbTiO3涂层表面为黄黑色,涂层光滑平整,孔隙率为1.5%;涂层为典型的层状结构,基体与PbTiO3涂层间的结合为机械结合,通过多个试样测量其结合强度的平均值为50.875MPa;纳米压痕仪测得涂层的表面硬度为7.858 GPa,弹性模量为139.308 GPa,显微硬度达到648.6HV0.1,涂层具有优良的力学性能;涂层主要成分为PbTiO3相。通过超音速等离子喷涂制备的涂层具有较好的综合性能,为后期在其表面沉积耐磨涂层打下了良好的基础。     

调制比对TiN/Ti多层膜结构和力学性能的影响

采用反应磁控溅射的方法在Ti6Al4V基板上沉积(TiN/Ti)n多层膜,交替沉积Ti层和TiN层,以通入/关闭氮气实现对TiN含量的控制.共溅射10层,每层TiN膜和Ti膜的厚度之和即调制周期不变,二者之间的厚度比即调制比分别为1∶9、1∶5、1∶3和1∶2.利用XRD、SEM分别研究了薄膜的微观结构和表面形貌,利用显微硬度仪和划痕仪测量了薄膜的硬度和膜基结合力.研究结果表明:随着调制比的增大,TiN(200)逐渐消失,出现Ti2N等新相;硬度、结合力有明显增大的趋势,与单层膜相比,多层膜的硬度和结合力最多分别增加250 HV和22 N.     

Y对不同处理状态ZK31组织和性能的影响

通过对ZK31+x Y镁合金挤压态及固溶时效态的显微组织分析及力学性能研究,探讨了Y对ZK31+x Y镁合金组织和力学性能的影响。实验结果表明:Y的加入使得共晶相数量明显增加,挤压态强度随着Y的增加先增加后降低,当钇含量为0.5%时达到最大值332.4 MPa,延伸率先减小后增大,当钇含量为1.0%时,延伸率最小值11.1%;钇对时效硬度和力学性能影响不大;挤压态强度明显大于时效态,而时效态的延伸率明显大于挤压态。     

基于正交试验的热障涂层性能变化规律研究

热障涂层广泛应用于燃气轮机、飞机发动机等装备上,其性能直接影响装备的使用寿命。本文采用大气等离子喷涂工艺,在GH4169高温合金表面依次制备NiCoCrAlY金属粘结层和ZrO_2-8%wtY_2O_3陶瓷层。采用扫描电镜和残余应力测试仪对样品的表面形貌、孔隙率以及表面的残余应力进行测试。通过正交试验研究喷涂工艺参数对热障陶瓷层厚度、孔隙率以及残余应力的影响,实验结果表明,对陶瓷层厚度的影响因素从大到小顺序依次为氢气流量,电流,氩气流量,喷涂距离;在相同的制备时间内,陶瓷层的厚度随着电流与氢气流量的增大而明显的增大;随着氩气流量与喷涂距离的增大,陶瓷层的厚度随之减小;对陶瓷层孔隙率的影响因素从大到小顺序依次为喷涂距离,氢气流量,电流,氩气流量。当氩气流量从30 slpm/min增加到40 slpm/min时,氢气流量从5slpm/min增加到10 slpm/min时,孔隙率随之增大;当氩气流量从40 slpm/min增加到50 slpm/min时,氢气流量从10 slpm/min增加到15 slpm/min时,孔隙率随之减小。当喷涂距离从5 mm增加到10 mm时,孔隙率随之减小,而当喷涂距离从10 mm增加到15 mm时,孔隙率急剧升高,而随着电流的增大,孔隙率减小。电流、氢气流量以及氩气流量对涂层残余应力造成很大影响,随着电流以及氢气流量的增大,氩气流量的减小,涂层表面的残余应力急剧上升。     

MoS_2的电镀工艺对低温低压下MoS_2-Ni基金刚石钻头胎体摩擦性能的影响

基于金刚石钻头干钻时出现较高摩擦热的现象,采用MoS2作为胎体润滑剂,用电镀法制备MoS2-Ni复合胎体材料,以减小胎体的摩擦因数、降低摩擦热;并研究电镀工艺对MoS2复合镀层的显微硬度和低温低压下复合镀层对胎体摩擦性能的影响。结果表明:随镀液中MoS2浓度增大,镀层的显微硬度和胎体的摩擦因数降低,当MoS2浓度大于0.5g/L时,镀层的显微硬度和胎体的摩擦因数变化不大;随镀液pH增大,镀层显微硬度降低,胎体的摩擦因数先减小后增大,当镀液pH增大到4.0后,镀层的显微硬度变化不大,胎体摩擦因数达最小值;随镀液电流密度增大,镀层显微硬度和胎体摩擦因数先减小后增大,当电流密度增大到2.5A/cm2时,镀层的显微硬度和胎体摩擦因数达到最小值。摩擦磨损后的胎体材料形貌分析表明,控制好电镀工艺条件,可实现低温低压下MoS2-Ni复合材料对胎体的润滑作用。