陶瓷模具材料的表面改性技术及应用

全面综述了表面镀层、表面复合、表面涂覆等表面改性技术在各类陶瓷模具中应用、研究的现状.指出:表面改性技术既能发挥陶瓷材料的高硬度、高耐磨和耐高温等的优势,又能发挥金属基体高强度、高韧性的特点,从而使得陶瓷模具材料具有良好的使用性能,具有广阔的应用前景.今后研究的重点是如何通过表面改性工艺的控制和复合层材料的合理选择和设计,使得所形成的陶瓷复合层与金属基体结合强度高,硬度高,既减摩又耐磨.     

激光表面改性有机高分子材料的研究进展

有机高分子材料具有质轻、易成型、成本低等优点,在汽车、电子等领域有广泛的应用,但有机高分子材料的原始表面多数呈现化学惰性、表面能低,导致其应用受限。激光表面改性技术具有柔性化程度高、区域选择性好、可三维加工等诸多优势。简要综述了激光表面改性有机高分子材料的性能变化、机理和应用的国内外研究进展,表明通过激光改性可以在有机高分子材料表面形成诸如凸起、凹坑、沟槽、多孔和周期性结构等微观形貌,并使表面化学成分发生显著变化,进而影响其表面润湿性、表面能、吸附性、颜色和/或减阻等性能,这主要与有机高分子材料的自身特性、激光改性参数以及改性环境等因素密切相关,而且通过控制激光改性参数,还有可能实现对上述表面性能变化的精密调控。激光表面改性有机高分子材料在理论研究和实际应用中都具有巨大的价值,但目前对于激光表面改性有机高分子材料的理论研究落后于应用研究,还应进一步加强对改性技术和机理的探索与研究。     

陶瓷模具材料的表面改性技术及应用

全面综述了表面镀层、表面复合、表面涂覆等表面改性技术在各类陶瓷模具中应用、研究的现状。指出：表面改性技术既能发挥陶瓷材料的高硬度、高耐磨和耐高温等的优势，又能发挥金属基体高强度、高韧性的特点，从而使得陶瓷模具材料具有良好的使用性能，具有广阔的应用前景。今后研究的重点是如何通过表面改性工艺的控制和复合层材料的合理选择和设计，使得所形成的陶瓷复合层与金属基体结合强度高，硬度高，既减摩又耐磨。     

稀土表面改性在改善高温抗氧化和耐蚀性方面的应用

稀土元素具有特殊的电子结构,对材料表面有着优异的改性潜力,在表面工程技术领域具有良好的应用前景.本文综述了在化学热处理、激光熔覆、离子注入、真空等离子体镀膜、热喷涂等技术中,稀土元素对工艺过程的影响和提高材料表面改性层高温抗氧化及耐腐蚀性能的效果.初步探讨了稀土元素在改性层中的作用机理.作者认为,稀土元素的微合金化作用,改变改性层中第二相或夹杂物的形态与性能,使改性层组织细化和结构因素,是稀土元素改善材料表面改性层高温抗氧化和耐腐蚀性能的主要原因.     

Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

目的通过多元稀土氧化物掺杂改性YSZ,提高传统热障涂层的性能。方法使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-Zr O2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。对高温退火处理后的涂层进行X射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。结果氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为5.5%~9.84%(摩尔分数)时,在1000℃下的热导率为1.25~1.56 W/(m·K),相对8YSZ材料下降了22%~37.5%;在200~1300℃的热膨胀系数为(10~11.1)×10-6/K,与传统8YSZ材料相当。在1400℃长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO涂层中的单斜相含量明显低于8YSZ涂层。结论多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。     

离子注入表面改性技术的应用

介绍离子注入表面改性技术的原理和设备,列举了在金属表面改性中的应用。经离子注入后,某些金属材料的耐蚀、耐磨和抗氧化性能可提高近1000倍。离子注入表面改性技术适用于高技术、高精度和高附价的零件     

超声振动辅助加工表面微结构及其特性研究进展

针对超声振动复合加工方法种类繁多且表面微结构指征复杂等问题,阐述了表面微结构的内容和研究现状,论述了国内外超声切削、磨削、表面强化等方法的加工原理及超声振动加工表面微结构特性的试验研究方法,归纳了超声振动条件下表面粗糙度、表面微观形貌的建模方法及其特点,讨论了实验回归建模、数值解析建模和神经网络建模的研究进展,并预测了国内外超声振动表面加工的新技术领域和发展方向,对改善高性能难加工材料的表面微结构特性具有重要意义。     

张涛教授谈等离子体浸没离子注入技术的应用

当前离子注入技术发展很快，种类也很多，许多读者来信询问如何合理选用，尤其希望推荐适用于零件形状复杂的表面改性技术。为此，记者于6月30日访问了本刊编委、北京师范大学教授、射线束技术与材料改性教育部重点实验室主任张涛博士。     

磁流变微结构动压平面抛光试验研究

为提高集群磁流变平面抛光效率,在抛光盘表面增加微结构,以增强加工过程中的流体动压作用。使用平面抛光盘和表面加工有孔洞、V形槽、U形槽、矩形槽等不同微结构的抛光盘进行抛光试验及抛光压力特性试验,研究了加工间隙和工件转速对加工效果的影响。结果表明:抛光盘表面微结构对工件材料去除率影响较大,不同微结构盘材料去除率从大到小顺序为V形盘>U形盘>平面盘>孔洞盘>矩形盘,其中V形盘的材料去除率比平面盘高25%以上;所有抛光盘均能获得纳米级（R_a在8 nm以内）表面。当加工间隙为0.9~1.0 mm、工件转速为550 r/min时,加工效果较好。      

激光表面改性提高钛合金耐磨性能的研究进展

分析了各种钛合金激光表面改性工艺、涂层材料体系的最新研究进展,指出了目前钛合金表面改性过程中存在的问题,总结了当前抑制涂层裂纹产生的措施,提出了钛合金激光表面改性进一步的研究方向.     

提高铁道车辆车钩耐磨性能试验研究

采用调质、表面堆焊、表面等离子熔敷三种处理方法对C级钢进行强化处理，在MXP1000摩擦试验机上进行摩擦磨损试验，并用扫描电镜分析试样的微观组织和摩擦表面形貌，研究各种处理方法对C级钢组织特征和耐磨性能的影响。结果表明离子熔敷技术是一种有效的提高车钩耐磨性能的工艺方法，熔敷耐磨复合材料的耐磨性是调质GCr15钢的3．2倍。     

45钢电子束扫描表面W合金化组织和硬度

电子束扫描表面合金化技术可以改善钢铁材料的组织及性能. 采用等离子热喷涂技术和电子束扫描技术对45钢表面进行熔覆合金化处理. 研究电子束扫描对强化层组织和硬度的影响,探讨了电子束功率、扫描速度对强化层组织和硬度的影响规律. 结果表明,45钢经表面合金化处理后,其表面可分为合金化区、热影响区和基体区. 合金化区的显微组织为针状马氏体和碳化钨颗粒,硬度为1 250 HV,是基体硬度的5倍. 热影响区的组织为针状马氏体和铁素体,硬度为860 HV,是基体的3倍. 基体区的组织为珠光体和铁素体. 电子束工艺参数对强化层组织和硬度有较大影响,强化层厚度随电子束功率的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小.     

Repair welding of ductile cast iron by laser cladding process: microstructure and mechanical properties

Abstract

The aim of this research was to determine the feasibility of a newly developed process in the repair of cracked gas turbine casings made of ductile cast iron. This study investigated the microstructural characteristics, metallurgy and mechanical properties of the repair weldments produced using fibre laser cladding. Optical microscopy, scanning electron microscopy and element probe microanalysis were used to investigate the microstructure at the cladding weld interface. The mechanical properties of the cladded specimens were evaluated after laser cladding. Our results revealed that the weldability of ductile cast iron can be enhanced by performing laser surface pretreatment to sublimate graphite nodules. Microhardness at the interface of the laser cladded weldments depended largely on the range of the heat affected zone and the degree of phase complexity. Under tensile loading, failures were limited to the base metal region of the weldments. Test results demonstrate that the impact toughness of the interface between the fusion zone and the base metal can be enhanced through the application of post-cladding heat treatment.     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的组织与性能

在H13压铸模具钢表面进行了激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的试验研究,利用金相显微镜、扫描电镜、显微维氏硬度计等仪器检测了熔覆层的组织和性能。结果表明,激光熔覆可以得到晶粒超细化、硬度高,与基体结合牢固的表面熔覆层。熔覆层组织为Ni基多元固溶体+碳化物(碳化铬、碳化钨、渗碳体),熔覆层平均硬度约732 HV0.2,平均厚度1.5 mm,与基体相比,其耐热疲劳性能提高112%,可显著提高合金压铸模的使用寿命。     

激光熔覆熔池动态演化及缺陷工艺调控研究进展

激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中。激光熔覆是以“激光”为热源的能量沉积技术,包括高能激光束冲击、表面熔池熔化快凝及熔覆表面层形成等多种物理、化学过程,其中熔池内金属热流体动力演化行为与熔覆层缺陷及表层组织性能调控密切相关。金属熔池具有“急热骤冷”的凝固特征,其内部对流、传热和传质等行为决定了熔覆层中温度及应力分布状态,是诱导熔覆层内气孔、裂纹等组织内部缺陷形成的关键因素。从激光熔覆过程中熔池内部对流、传热与传质的动态物理特性出发,论述了激光热源的理论模型设计、动态熔池中“流场+温度场+应力场”的多物理场数值模拟等方面的相关研究。在此基础上,分析了激光熔覆层典型缺陷-裂纹和气孔的形成机理及特征,总结了“材料-工艺-熔凝行为-涂层缺陷”的内在关联机制。同时,针对单一工艺方式调控熔池内熔凝过程的局限性,概述了多种复合能量场调控技术对熔覆层内部缺陷的作用机制与调控效果。最后,总结了当前激光熔覆层缺陷动态形成过程中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。     

氩弧熔覆WC增强镍基涂层的组织与性能分析

利用氩弧为热源,以 Ni60A 和铸造 WC 混合合金粉末为原料,采用预置法在Q235 普通碳素钢上制备了 WC 增强镍基涂层,用 XJP-200 型金相显微镜和 KyKy-2800 型扫描显微镜观察了熔覆层的结合状况和组织结构,用 MH-6 型硬度计测量了熔覆层截面显微硬度,用 MPX-200 磨损试验机对比了熔覆层和 65Mn 淬火回火钢的耐磨性并分析了熔覆层的耐磨机理.结果表明,以氩弧为熔覆热源制备的熔覆层,组织致密均匀、强韧性高、耐磨性好且与基体呈冶金结合,熔覆层可以用于零件表面的耐磨强化.

Abstract：

In order to improve the wear-resistance properties of carbon steel, WC particulate reinforced Ni-based composite coatings was fabricated on Q235 steel substrate by using argon-arc cladding and using the mixed-powders of Ni60A and cast tungsten carbide powder as the raw materials. The bonding state and microstructure of the coatings were observed with metallography microscope model XJP-200 and scanning electronic microscope model KyKy2800, the microhardness of the cross section of the coatings was tested with the hardmeter of model MH-6, the abradability of cladding coating to 65Mn steel quenched and tempered was used to compare wear tester model MPX-200, and the abrasion mechanism of the claddings was analyzed. The results indicate that microstructure of the claddings is uniform, continuous and defect-free; the strength,toughness and wear resistance of the claddings are excellent; bonding between the coating and the carbon steel substrate is ensured by the strong metallurgical interface. The claddings can be used to strengthen the surface of the wear-resistant parts.     

稀土氧化物陶瓷材料在热障涂层上的应用现状

航空发动机技术的发展,要求热障涂层用陶瓷材料应具有更低的热导率和更高的相稳定性能.由于稀土氧化物陶瓷材料在热障涂层上的广泛应用,综述了稀土氧化物涂层、镧铝氧化物及稀土氧化物(一元、二元、多元)稳定ZrO2等热障涂层材料的研究现状.结果指出进一步的研究应集中于3个方面:1) 采用合适的方法提高稀土氧化物的高温相稳定性;2)改进镧铝氧化物的热物理性能;3)采用合适的氧化物对ZrO2基热障涂层材料进行掺杂,以进一步改善其热物理性能等.     

铸造铝合金表面改性的研究进展

简述了铝合金的加工方法和表面改性的必要性。主要对表面合金化技术、表面敷层和电子束改性等技术应用于铸造铝合金表面改性进行总结。表面合金化方面介绍了激光和氩弧合金化方法在铸造铝合金表面改性方面的研究进展;表面敷层方面介绍了铸造铝合金的等离子喷涂、电化学方法的研究现状;介绍了铸造铝合金的电子束改性技术。     

钴基合金等离子熔覆工艺研究与优化

目的优化钴基合金等离子熔覆工艺参数,提高熔覆层的成形质量。方法以熔覆于Q235钢表面的多道钴基合金耐磨涂层为研究对象,开展正交试验,利用MIRA3X-MHX型扫描电子显微镜分析涂层组织结构及不同区域的物相成分,采用KEYENCE VHX-5000超景深显微镜和HXD-1000TMC/LCD维氏显微硬度计对熔覆层表面平整度和横断面的显微硬度进行测量分析,并结合灰关联分析法和极差分析法,探究工作电流、扫描速度和送粉速度对熔覆层表面平整度和显微硬度的综合影响,优化出最佳工艺参数组合。结果工作电流对熔覆层成形质量的影响最为显著,其次是扫描速度、送粉速度。各组熔覆层横断面纵向显微硬度的波动情况大致相同,且最大显微硬度均出现在距离上表层约0.4 mm处,熔覆层平均显微硬度是基体材料的3倍多。熔覆层中上部的组织结构分布均匀且致密,随着熔覆层深度的增加,熔覆层稀释率呈增大趋势,显微硬度逐渐降低。在工作电流为95 A、扫描速度为90 mm/min、送粉速度为12r/min的工艺参数下,熔覆层与基板结合良好,无气孔和空隙,横断面平均显微硬度较高,且熔覆层表面较为平整。结论经等离子熔覆成形质量工艺参数优化后,熔覆层表面性能有效提高,该结果可为等离子熔覆技术应用于易磨损工件的耐磨性研究提供参考。