CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr3C2-NiCr及NiAl/Cr3C2-NiCr涂层的结合性能

在CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层、NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层.测试涂层与基体间的结合强度及涂层的热震性能,结合SEM,EDS和XRD等分析涂层物相变化,探讨涂层的结合机理.结果表明,涂层的结合强度均较高;Ni-Al发生放热反应,生成Al4Ni3,Al3Ni2,AlNi3,剩余的铝与铜反应生成Cu3Al2,CuAl2,CuAl,局部区域形成微冶金结合;二种涂层均以机械锚合为主,在参数适合且基体相同的情况下,涂层结合强度取决于涂层材料的力学性能;相同试验条件下,NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层的热震性能优于Cr3C2-NiCr涂层.     

Cr3C2-NiCr涂层的高温抗氧化和热耐腐蚀性

采用大气等离子喷涂技术制备Cr3C2-NiCr复合涂层,并对制备的Cr3C2-NiCr涂层试样进行800 ℃×100 h氧化和熔盐（Na2SO4+25 wt%NaCl）热腐蚀试验。利用X射线衍射仪（XRD）和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)分析氧化、腐蚀涂层表面和截面的成分及结构变化,探讨其高温氧化、腐蚀机理。结果表明：等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层具有层状组织结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化。高温氧化后的Cr3C2-NiCr涂层表面及层片界面形成了连续、致密的Cr2O3保护膜,涂层表现出优异的抗高温氧化性能。在热腐蚀过程中,腐蚀盐破坏了涂层表面及层片界面形成的氧化膜,腐蚀性元素沿着涂层中的孔洞及层片界面扩散到涂层内部,涂层发生“活化氧化”,耐腐蚀性较差。     

CuCo_2Be合金等离子体喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的冷热疲劳寿命及失效机理

采用等离子喷涂技术在CuCo_2Be合金表面制备Cr_3C_2-NiCr涂层,通过正交试验确定了CuCo_2Be合金表面等离子喷涂的最优工艺,并对在最佳工艺参数下喷涂的试样,选择在500℃进行高温热震试验,对热震过程中喷涂试样的失效过程进行了跟踪和失效机理研究。研究表明,涂层组织呈现明显的层状,Cr_3C_2-NiCr化合物为角状,涂层与界面的结合以机械结合为主,涂层含有一定量的非晶相。高温热震失效后的涂层中存在铜、镍的氧化物,高温失效主要源自涂层与基体的热应力与氧化过程。     

CuCo2Be表面等离子喷涂制备Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层成形机理及界面扩散研究

选用等离子喷涂技术在CuCo2Be合金表面制备Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层。选用DTA、XRD、SEM、EDS等分析手段探讨Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层的形成机理及其组成涂层的化合物、物相的形成特点及规律。结果表明:DTA分析发现镍铝打底层在热喷涂过程中由于系放热反应,可能生成Ni2Al3、NiAl3、NiAl等物相;SEM、EDS分析发现复合涂层组织呈现明显的层状,在镍铝打底层中镍铝化合物为角状;XRD分析发现涂层物相在成形的不同阶段和时间内其生成的化合物类型、数量都呈现不同的变化。利用XRD、EDS分析界面处各相的生成及元素的分布、扩散情况,表明在界面处存在一定的元素扩散,界面为微冶金结合。     

丙烷流量对火焰喷涂TiB_2-50Co涂层抗热震性能的影响

将在不同丙烷流量条件下采用超音速火焰喷涂技术制备的3种TiB2-50Co进行热震试验,研究3种涂层在600℃不同热震循环次数和800℃条件下的抗热震性能,通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对3种涂层在不同条件下热震后的表面和截面形貌及物相结构进行分析,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。结果表明,在600℃条件下,随着热震次数的增加,涂层中的表面和截面裂纹扩展随之更长而深,并在热震循环次数为150次时涂层中出现了网状或交叉裂纹;在800℃条件下,涂层热震失效循环次数明显减少,涂层中裂纹扩展更为严重,其中No.3涂层(丙烷流量为36L/min)抗热震性能最差。通过对3种涂层在不同热震条件后的XRD分析可知,涂层的主要物相为TiB2和Co两相,并发现涂层中存在一定的TiO2氧化相。     

Cr_3C_2-NiCr涂层的高温抗氧化和耐热腐蚀性能

采用大气等离子喷涂技术制备Cr_3C_2-NiCr复合涂层,并对制备的Cr_3C_2-Ni Cr涂层试样进行800℃×100 h氧化和熔盐(Na_2SO_4+25wt%NaCl)热腐蚀试验。利用X射线衍射仪(XRD)和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)分析氧化、腐蚀涂层表面和截面的成分及结构变化,探讨其高温氧化、腐蚀机理。结果表明:等离子喷涂Cr_3C_2-Ni Cr涂层具有层状组织结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化。高温氧化后的Cr_3C_2-NiCr涂层表面及层片界面形成了连续、致密的Cr_2O_3保护膜,涂层表现出优异的抗高温氧化性能。在热腐蚀过程中,腐蚀盐破坏了涂层表面及层片界面形成的氧化膜,腐蚀性元素沿着涂层中的孔洞及层片界面扩散到涂层内部,涂层发生"活化氧化",耐腐蚀性较差。     

Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层制备及高温摩擦学行为研究

目的 基于表面耐高温薄膜和高承载金属陶瓷涂层性能优势协同的设计思想,制备Cr3C2-NiCr/ TiSiN-CrAlN复合涂层,提高硬质薄膜机械性能和不同温度下的摩擦学性能。方法 采用超音速火焰喷涂(HVOF)和电弧离子镀(AIP)技术制备Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压入仪、划痕仪和高温摩擦磨损试验机等对复合涂层的微观结构、机械性能和不同温度下的摩擦磨损行为进行系统研究。结果 Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层微观结构致密,界面结合良好,其顶层耐高温薄膜由CrAlN结合层和TiSiN-CrAlN交替多层构成,总厚度约6.7 μm,低于不锈钢表面直接沉积TiSiN-CrAlN薄膜的厚度(约9.6 μm)。Cr3C2-NiCr支撑层微观结构和形貌影响其表面沉积TiSiN-CrAlN薄膜的结晶性。Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有优异的机械性能,其纳米硬度和弹性模量分别高达(37.3±2.6)GPa和(506.1±10.6)GPa,结合力相比不锈钢表面TiSiN-CrAlN多层膜显著提高。得益于Cr3C2-NiCr支撑层的引入,复合涂层在不同温度下的摩擦因数和磨损率均比单一薄膜的低,其摩擦因数在900 ℃下可稳定保持在0.44左右,磨损率约为3.13×10^?5 mm³/(N.m),表现出良好的高温摩擦学性能。此外,磨损机制分析表明,500 ℃以下主要为磨粒磨损和黏着磨损,摩擦因数较大、不稳定,但磨损率基本不变;700 ℃时由于Cr3C2-NiCr层的支撑作用而无明显的疲劳磨损,氧化磨损发生;900 ℃时氧化磨损主导,摩擦界面生成主要成分为TiO2、Cr2O3的摩擦反应膜。结论 采用HVOF和PVD相结合的方法在不锈钢表面制备的Cr3C2-NiCr/TiSiN-CrAlN复合涂层具有良好的机械性能和优异的高温摩擦学性能,可进一步改善耐高温薄膜的综合性能,具有良好的应用前景。     

超音速火焰喷涂TiB_2-40Co金属陶瓷涂层抗热震性能

通过超音速火焰喷涂技术在不同氧气流量条件下将3种Ti B2-40Co金属陶瓷涂层喷涂在Q235钢基体表面,研究3种涂层在600℃不同热震循环次数和800℃条件下的抗热震性能。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对3种涂层在不同条件下热震后的表面和截面形貌及物相结构进行分析。研究结果表明,在600℃热震条件下,随着氧气流量的增加,涂层的抗热震性能降低,并在热震次数为150次,氧气流量为482 L/min时,涂层中裂纹较多且失效最快。在800℃热震条件下,3种涂层的抗热震次数明显减少,其中以氧气流量为482 L/min时涂层表面和截面产生的裂纹最多。通过对3种涂层在不同热震条件后的XRD分析发现,涂层的主要物相为Ti B2和Co两相,并发现涂层中存在一定的Ti O2氧化相。     

丙烷流量对超音速火焰喷涂TiB_2-25Ni涂层抗热震性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在3种丙烷流量(30,36和42 L/min)下将机械球磨后的TiB_2-25Ni颗粒沉积在Q235钢表面上获得不同涂层,将涂层在600℃(50次、100次、150次)和800℃工况下进行热震试验,研究涂层的抗热震性能。采用扫描电镜(SEM)表征热震后涂层的表面和截面形貌以分析热震后的裂纹产生和扩展情况,通过X射线衍射技术(XRD)分析热震后涂层的物相演变规律。研究结果发现,3种涂层在600℃热震条件下随着热震循环次数的增加,涂层中裂纹扩展的愈加严重,且在热震150次后出现了纵向和横向裂纹,并且以丙烷流量为36 L/min时涂层失效最快。通过在800℃涂层热震后发现,涂层失效更快,涂层热震循环次数明显降低,并且在涂层表面出现了明显的网状式裂纹,在涂层截面中裂纹扩展的更为强烈,并延伸至涂层和基体的界面处,从而导致腐蚀介质(水或空气)进入至裂纹中使基体腐蚀,在交界处产生了明显的腐蚀产物。通过对涂层在不同热震条件后的XRD分析发现,3种涂层的主要物相仍然是TiB_2和Ni,热震后涂层表面氧化物增多。     

等离子喷涂Al_2O_3(13%TiO_2)涂层和NiCr-Cr_3C_2涂层的组织性能研究

通过等离子喷涂方法在穿孔顶头尾部材料42CrMo钢表面分别制备NiCr-Cr3C2涂层和Al2O3(13%TiO2)涂层,运用OM,XRD,SEM等分析测试手段对涂层的组织、形貌和物相成分进行表征,并对两种涂层进行了显微硬度及抗热震性能实验.结果表明:喷涂涂层为典型的层状结构,涂层与基体为机械结合.Al2O3(13%TiO2)涂层以亚稳相γ-Al2O3相为主要相,同时存在α-Al2O3相.喷涂形成NiCr-Cr3C2涂层后物相成分为Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2等Cr的碳化物.NiCr-Cr3C2涂层和Al2O3(13%TiO2)涂层的表面平均显微硬度分别为586.4HV,和557.7HV.其平均热震循环次数分别为25次和18次.     

CuCo2Be表面热喷涂制备Cr3C2-NiCr涂层的微观结构及高温摩擦磨损行为

选用等离子喷涂技术在CuCo2Be合金表面制备了Cr3C2-NiCr/NiAl复合涂层。以Al2O3陶瓷球为对偶材料运用UMT-2摩擦磨损试验机对基体和复合涂层进行高温摩擦磨损试验,并选用共聚焦激光扫描显微镜、扫描电镜、能谱仪、XRD等分析测试手段,详细研究了CuCo2Be合金表面等离子喷涂涂层物相组成、微观形貌及涂层和基体的高温滑动摩擦磨损行为,结果表明:CuCo2Be合金表面等离子喷涂获得的复合涂层致密,涂层为层状结构,物相组成呈现非晶态。通过高温摩擦磨损研究,结果表明:500℃摩擦磨损磨损过程中,涂层及CuCo2Be合金基体的磨损机制为:疲劳磨损和粘着磨损及少量氧化磨损的共同作用,从磨损的体积形貌来看涂层磨损量明显小于未喷涂之前的基体材料,等离子喷涂工艺制备的Cr3C2-NiCr/NiAl涂层质量优异,提高了材料的高温耐磨性。     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

20%NiCr-80%Cr3C2涂层抗热冲击和抗氧化性能研究

目的针对工作温度较低(低于550℃)的热作模具,研究热喷涂20%NiCr-80%Cr3C2涂层在5CrNiMo热作模具钢基体上的抗热冲击和抗氧化性能。方法利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在5CrNiMo热作模具钢基体上制备20%NiCr-80%Cr3C2涂层。采用维氏显微硬度计和万能力学试验机分别测试涂层表面的显微硬度和结合强度;采用管式炉研究涂层在250~550℃之间的抗循环热冲击及抗氧化性能;采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪分析表征涂层经循环热冲击试验前后样品的形貌、组织结构及物相组成。结果20%NiCr-80%Cr3C2涂层组织均匀致密,具有极高的表面显微硬度(818.9HV)和结合强度(64.0MPa)。200次循环热冲击后,涂层内部产生了微裂纹,但并未相互连通,样品表面依旧保持光洁平整,且粘接相中析出的碳化物颗粒使涂层硬度大幅提高(1029.0HV)。涂层与基体界面形成了Fe和Cr元素的氧化物层,但其厚度增至约1μm后处于稳定阶段,且该氧化层连续致密,与基体和涂层结合良好,并未表现出使涂层剥离的倾向。结论利用HVOF制备的20%NiCr-80%Cr3C2涂层抗循环热冲击性能良好,且能够有效提高5CrNiMo热作模具钢工作表面的硬度和抗氧化性能。     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.     

热处理温度对镀镍钴钢带耐腐蚀性能的影响

对镀镍钴钢带进行不同温度的热处理,热处理温度为550℃、650℃、750℃,保温时间3h。采用电化学方法测试了不同热处理温度下镀镍钴钢带在1.0%NaCl和0.1%H2SO4混合溶液及10%NaOH溶液中的耐腐蚀性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了镀镍钴钢带在不同热处理温度下的微观形貌、成分及织构变化。结果表明,随着热处理温度的升高,镀镍钴钢带表面镀层的晶粒尺寸逐渐长大,镀层和基底间形成了镍/钴/铁扩散层;当热处理温度为650℃时,镀镍钴钢带在1.0%NaCl和0.1%H2SO4混合溶液及10%NaOH溶液中的耐腐蚀性能均为最好的,当热处理温度超过650℃后其耐腐蚀性能降低。这说明合适的热处理温度能有效地提高镀层的耐腐蚀性能。     

热处理温度对Cr/Al涂层组织结构及性能的影响

目的提高物理气相沉积Cr/Al涂层与基材锆合金的结合强度,减少涂层表面微观缺陷及内应力。方法采用多弧离子镀及磁控溅射技术在锆合金表面溅射Cr/Al涂层,并将涂层试样分别置于600、800℃保护气氛炉中热处理30 min。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(EDS)及光学显微镜(OM),分析了Cr/Al涂层热处理前后相组成、表面形貌、截面形貌、元素成分变化及涂层剪切后的剥落形貌。利用弹簧拉压试验机,测试了未处理涂层、600℃和800℃热处理涂层试样与基材锆合金的结合强度。结果 600、800℃热处理涂层相比未处理涂层,表面更加平滑,表面孔隙及微观缺陷较少,但与基材锆合金的结合强度并没有明显变化,未热处理涂层、600℃热处理涂层、800℃热处理涂层与基材锆合金的结合强度分别为44.07、44.12、44.08 MPa。结论热处理后,涂层出现Al Cr2、Al8Cr5、Al9Cr17、Al9Cr4、Al86Cr14等多种Cr-Al合金相,有利于涂层表面孔隙及大颗粒等缺陷的减少。但热处理前后,涂层与基材的结合强度未发生明显变化。     

合金钢热障涂层等离子喷涂及高温力学特性研究

目的研究等离子喷涂热障涂层微观组织与高温力学性能,为热障涂层在合金钢的应用及其失效机制提供理论支撑。方法采用等离子喷涂技术在30Cr Mn Si A钢基体上制备Ni Co Cr Al Y/YSZ热障涂层,利用扫描电镜显微观察、物相分析、热震试验、拉伸试验等技术方法,考察涂层在高温条件下的失效行为。结果合金钢等离子喷涂热障涂层为典型双层层片状结构,YSZ涂层仅含有稳定四方相。800℃时,涂层试样拉伸试验后的断裂载荷与无涂层试样相比高10%。热障涂层的抗热震性良好,经900℃热震循环试验10次后,涂层完好;经1000℃热震循环6次后,涂层剥落失效,剥落面位于粘结层与基体之间。热震循环过程中,钢基体被氧化甚至腐蚀。涂层试样边缘产生应力集中,随着热震次数的增加,裂纹逐渐扩展,最终导致涂层成块剥落。温度由700℃升至900℃,Ni Co Cr Al Y涂层硬度下降幅度大于YSZ涂层和30Cr Mn Si基体。结论粘结层与钢合金基体的热膨胀不匹配是导致热震试验涂层剥落的主要原因。热障涂层的隔热作用使涂层试样的基体温度较低,导致其断裂载荷与无涂层试样相比较高。     

Ti2AINb基合金多弧离子镀铝层的抗高温抗氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Ti2 AlNb基合金表面制备镀铝层。采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层的850℃高温抗氧化性能。结果表明：Ti2 AlNb基合金的镀铝层是均匀、致密的,经850℃高温氧化100 h后,表面氧化层主要是Al2 O3,次表层是TiAl3、TiNb4,镀铝有效地提高了Ti2 AlNb基合金的高温抗氧化性能。