等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3热障涂层的组织与性能研究

采用超音速火焰喷涂粘结层、大气等离子喷涂陶瓷层制备了双层结构的热障涂层。利用扫描电镜对热障涂层进行了微观组织结构分析,主要对涂层的热导率及隔热性能进行了试验研究。结果表明：陶瓷层与粘结层、粘结层与基体的结合良好;陶瓷涂层在1100℃下的热导率为0.99W/（m·K）;在测试温度为1100℃、冷气流量为4m3/h的条件下,隔热效果可达到155℃。     

不锈钢表面等离子喷涂热障涂层高温氧化性能的研究

利用等离子喷涂技术在不锈钢表面喷涂，由底层（NiCrAl）和面层（ZrO2＋Y2O3）组成的梯度涂层。用SEM和XRD方法表征了梯度涂层的显微组织和相结构。对喷涂后试样在800℃进行了高温氧化试验，给出了氧化动力学曲线。结果表明不锈钢表面等离子喷涂NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）梯度涂层的厚度约为530μm。不锈钢表面喷涂梯度涂层后，提高了高温抗氧化的性能，降低了氧化速率，喷涂后的氧化膜致密，对继续氧化有阻碍作用。     

热障涂层抗氧化夹层界面残余应力分析

通过喷涂等工艺预制的Al2O3夹层能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效.但是,预制的Al2O3夹层又会导致其界面应力重新分布.针对热障涂层界面三维形貌特征,考虑陶瓷层(ZrO2层)、夹层(Al2O3层)、氧化层及粘结层,建立了三维四层球模型,并推导出相应的应力解析式.凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析表明,抗氧化夹层厚度对热障涂层界面残余应力分布规律有很大的影响.     

喷涂距离对等离子喷涂Cr_3C_2-25NiCr涂层性能的影响

采用等离子喷涂方法制备Cr_3C_2-25NiCr高温耐磨涂层,采用XRD、SEM和万能试验机等对涂层的显微组织及性能进行了分析。实验结果表明,喷涂距离影响涂层的性能,喷涂距离为100mm时,工作涂层的最大厚度为197.46μm,最大显微硬度达到1470.5HV,且有较高的结合强度和较好的耐磨性能。     

AlTiCrN-DLC涂层刀具对Inconel718高温合金的切削性能研究

针对B8W2-3型管螺纹车刀的工况,制备了AlTiCrN和AlTiCrN-DLC涂层,分析了复合涂层的膜层厚度、膜基结合力和摩擦磨损行为,并对涂层刀具的切削性能进行了研究,分析了DLC膜层对涂层刀具磨损状态的影响。研究表明:AlTiCrN-DLC涂层中AlTiCrN膜层厚度约为3.5μm,DLC膜层厚度约为2.5μm,其中DLC膜层为典型非晶态结构,AlTiCrN-DLC涂层压痕等级为HF3,低于AlTiCrN涂层,AlTiCrN涂层摩擦系数为0.54,AlTiCrN-DLC涂层摩擦系数为0.13,且无明显犁沟痕和大面积涂层脱落现象。在切削速度为50m/min、切削长度为0-60m时,AlTiCrN-DLC涂层可明显降低涂层刀具后刀面磨损量和粘结磨损,减少积屑瘤和微崩刃的产生。     

含抗氧化夹层热障涂层界面应力特性的研究

通过喷涂等工艺技术,在热障涂层粘结层和陶瓷层之间预制Al2O3夹层,能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效.但是,预制的Al2O3夹层又会导致热障涂层界面应力场重新分布.文中针对热障涂层界面三维形貌特征,利用弹性理论中的空心球模型,考虑陶瓷层(ZrO2层)、夹层(Al2O3层)、氧化层(thermally grown oxide, TGO)及粘结层(bondcoat, BC),建立三维四层球模型的理论分析,并推演出相应的应力解析式.文中通过凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析,表明以上分析方法能有效模拟夹层对热障涂层界面应力分布规律的影响.     

超音速喷涂粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响

采用超音速喷涂工艺在Ni基高温合金GH99上制备NiCoCrAlY粘结层,研究超音速火焰喷涂工艺对热障涂层抗氧化性能的影响.结果表明:等离子喷涂粘结层表面存在着大量的尖角和钩状的突出颗粒,而超音速喷涂粘结层表面较为平整,内部黑色氧化物较少.超音速喷涂涂层在氧化15 min后表面生成一层较为致密的颗粒状氧化物.超音速喷涂试样在前40 min氧化增重速率快于等离子喷涂试样,此后变得缓慢,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高.超音速喷涂的涂层在氧化300 h后热生长氧化物(Thermally grown oxide, TGO)出现分层,TGO内层组织致密,TGO外层组织存在大量的孔洞和间隙.超音速喷涂工艺使热生长氧化物瞬态氧化阶段时间缩短,稳态氧化阶段时间延长,减少了氧化缺陷的产生,有效地提高了涂层抗高温氧化性能.     

耐热钢表面等离子喷涂热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层，并进行高温隔热性能试验。试验结果表明，1Cr18Ni9Ti经等离子喷涂处理后表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密；经等离子喷涂处理后，表面陶瓷层的硬度显著增高，耐磨性能提高；经高温隔热性能试验，NiCrAl＋（ZrO2＋Y2O3）热障涂层隔热效果较为明显。用XRD，SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌。     

重型燃气轮机透平叶片热障涂层的高温氧化寿命预测

采用大气等离子喷涂技术在DZ411合金基体上制备ZrO₂-8Y₂O₃(质量分数/%)热障涂层,研究了热障涂层的高温氧化性能和氧化后的截面微观形貌,建立了高温氧化寿命预测模型并进行了试验验证。结果表明：在940,1 030℃下氧化时,热障涂层的氧化质量增加Δm和热生长氧化物层厚度均呈抛物线增长规律;热障涂层在1 030℃下的Δm增大速率较940℃下高;建立的热障涂层高温氧化寿命预测模型预测的热生长氧化物层厚度值与试验结果相比在±2倍的分散带内,说明建立的寿命模型及分析方法能较好地预测热障涂层的高温氧化寿命。     

一种用霍尔传感器控制行程的液压启闭机研制

开发了一种在液压启闭机活塞杆表面喷涂陶瓷涂层的耐腐蚀、耐磨处理新技术,主要工艺:基体表面做预处理,预处理含净化处理及粗化处理;在机加工粗化处理时,将活塞杆表面车成距离为2 mm,槽宽为2 mm的燕尾槽。活塞杆喷涂时需进行预热、喷涂粘结底层。接着喷涂氧化物陶瓷层、陶瓷涂层封孔处理、精磨、抛光等工序。具有等距离凹槽的活塞杆相当于一根齿条,将霍尔传感器贴在活塞杆上,氧化物陶瓷涂层为非导磁体,移动活塞杆,由于磁场变化,传感器将输出脉冲信号,对信号进行处理,就可实现对启闭机的行程控制。     

激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层的微观组织和高温抗氧化性能

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用激光熔覆原位自生技术,在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti∶Al∶Si=41∶41∶18和Ti∶Al∶Si=35∶35∶30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成;借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800℃×24h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能;结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明,涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织,全部为细小等轴晶。在800℃×24h×5次循环氧化条件下,TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1mg·cm-2,涂层的约为2.8mg·cm-2和3.3mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理,一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层,阻碍了氧扩散;另一方面是提高了氧化层的黏附性,使氧化层不易从涂层表面剥落,对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。     

Study on finish-turning of NiCr20TiAl nickel-based alloy using Al2O3/TiN-coated carbide tools

Al₂O₃/TiN-coated tungsten carbide tools were used for finish-turning of NiCr20TiAl nickel-based alloy under various cutting conditions. The cutting forces, surface integrity, and tool wear were investigated, and their formation mechanisms were discussed. The inter-diffusing and transferring of elements between Al₂O₃/TiN-coated tungsten carbide tool and NiCr20TiAl nickel-based alloy were studied during machining. The plastic flow of NiCr20TiAl alloy was present on the machined surface by the lower cutting forces. The flaking of coating and matrix of tools and the heavier plucking and cavities of the machined surface were induced by the higher cutting forces at higher cutting parameters. The tensile residual stress was engendered on the machined surface and increased with the cutting parameters. In view of surface quality and tool wear, the cutting speed of 60?min and feed of 0.15?mm/r are recommended, and depth of cut should not exceed 0.4?mm when Al₂O₃/TiN-coated carbide tools are used for the finish-turning of the NiCr20TiAl alloy.     

A study on development of advanced environmental-resistant materials using metal ion processing

The development of the oxidation, wear and corrosion resistant materials that could be used in severe environmental conditions is needed. The elementary technologies for surface modification include ion implantation and/or thin film coating. Furthermore, in order to develop ion implantation technique to the specimens with three-dimensional shapes, plasma-based ion implantation (PBII) techniques were investigated. As a result, it was found that the ion implantation and/or thin film coating used in this study were/was effective for improving the properties of materials, which include implantations of various kinds of ions into TiAl alloy, TiN films formed on surface of base material and coatings in high-temperature steam. The techniques proposed in this study provide useful information for all of the material systems required to use at elevated temperature. For the practical applications, several results will be presented along with laboratory test results.     

TiAl基合金成分对其高温摩擦学性能的影响

指出TiAl基合金高温摩擦学性能主要由高温抗氧化性、高温强度及高温自润滑性能所决定;综述了TiAl基合金成分对其高温抗氧化性、高温强度以及高温自润滑性能的影响,最后探讨了TiAl基合金作为高温耐磨结构材料的设计方法。     

Wear behavior of adaptive nano-multilayered AlTiN/MexN PVD coatings during machining of aerospace alloys

Machining of aerospace materials is one of the major challenges of modern manufacturing. Application of nano-multilayered AlTiN/Me_xN PVD coatings (where Me_x is a transition metal of V-VI groups of periodic table) to cemented carbide tooling results in a significant tool life improvement under conditions of cutting hard to machine alloys such as Ni-based Inconel 718 superalloy and Ti-based TiAl6V4 alloy. Microhardness and coefficient of friction of the coatings were measured during this experiment. Investigations of the coated tool life, wear behavior, chip formation (chip type and undersurface morphology) for cutting tools with nano-multilayered PVD coating were also performed. Morphology of worn tools has been studied using SEM and EDX. This study will show that metallurgical design of the nano-multilayered coating should be tailored to its application. To achieve better tool life when machining Inconel 781, adaptive nano-multilayered AlTiN/MoN coating is recommended, whereas a AlTiN/VN coating is better suited to machining TiAl6V4 alloy. A driving force behind selecting these coatings was a noticeably lower coefficient of friction at elevated temperatures.     

2Al2铝合金微弧氧化膜性能研究

采用Na2 WO4和Na2SO3电解液对2Al2铝合金进行微弧氧化,研究了微弧氧化陶瓷膜表面形貌、截面组织、显微硬度及耐磨性等性能.结果表明,微弧氧化表面处理可以在2Al2铝合金表面形成致密并与基体结合良好的陶瓷膜,Na2WO4溶液浓度对陶瓷膜颜色、表面形貌、致密度和显微硬度都有影响,但对于陶瓷膜成膜厚度没有显著影响....     

铌及其合金高温抗氧化涂层研究

主要介绍了铌及其合金的氧化机理和铌合金高温表面涂层保护的3方面技术—抗氧化金属与合金涂层、金属间化合物涂层、复合防护涂层以及目前存在的主要问题,并简要的提出了高温抗氧化涂层的发展方向。     

热处理条件下激光原位合成高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层的微结构特征

为了提高钛合金的高温抗氧化性能,推动钛合金在高温和复杂工况环境下的进一步工程应用,利用高能激光束作用下Ti、Al、Nb三种元素混合粉末之间的原位反应在BT3-1钛合金表面制备了高温抗氧化的高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。针对原位反应所制备涂层存在的缺陷,通过自行设计的热处理工艺优化了涂层和界面微观组织。借助光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了热处理前后复合涂层的物相结构及显微形貌。结果表明:热处理前的涂层主要由单质Nb、金属间化合物γ-TiAl、α_2-Ti_3Al、Ti_3Al_2等物相组成;热处理后的复合涂层,单质Nb固溶到γ-TiAl和α_2-Ti_3Al中,同时形成了新相Ti_3AlNb_(0.3),涂层近似为γ-TiAl+α_2-Ti_3Al双相层片状等轴晶组织。此外,涂层中并未观察到减弱抗氧化性的单质Nb颗粒和Ti_3Al_2相,Ti、Al、Nb的宏观偏析得以消除,涂层与基材界面位置的气孔和裂纹均以消失,出现了明显的白亮带冶金结合过渡层,涂层组织也更加均匀致密。热处理对提高钛合金表面Nb的合金化程度和改善Ti-Al金属间化合物的高温抗氧化性能起到了显著的促进作用。     

AZ91镁合金表面微弧氧化膜微观结构的TEM表征

在硅酸盐碱性电解液中,以AZ91镁合金为基体采用恒电流控制模式制备出微弧氧化陶瓷薄膜,采用透射电镜对微弧氧化膜的微观结构进行了分析,并测试了相关性能。结果表明:镁合金在以硅酸盐溶液为主的电解液中进行微弧氧化形成的产物主要是纳米晶MgO和MgAl2O4,并且形成了少量的非晶态物质和一定比例的较粗大MgO、MgAl2O4和MgSiO3晶粒,但这些粗大晶粒尺寸也在100~300 nm之间;形成的晶粒之所以如此细小主要是由于微弧氧化过程是一个快速烧结和快速冷凝的过程;制备的氧化膜在中性盐雾36 h后的腐蚀率小于0.09 g.cm-2.d-1,而显微硬度在1 000 HV以上。     

硅酸盐体系中添加剂对微弧氧化陶瓷膜层的影响

在硅酸盐体系中,不同的添加剂KCrO3、KMnO4、KClO3、H2O2、Na2WO4等对铸造铝合金微弧氧化生成陶瓷膜的厚度、硬度、致密度有不同的影响。用光学显微镜、显微硬度计等仪器对陶瓷膜分析,结果表明:在其他条件相同情况下,陶瓷膜层随着添加剂的氧化性增强膜层厚度增加,硬度和致密度降低。