不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700 ℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731 μm²/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800 ℃下氧化200 h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。     

Ni-Al金属间化合物合成机理的研究

采用粉末冶金法以铝粉和镍粉为原料合成NiAl和Ni3Al金属间化合物粉体,对Ni-Al金属间化合物及相关反应进行了热力学计算,并对不同的反应阶段进行了动力学分析,总结出Ni-Al金属固相反应过程的机理。实验结果表明,Ni-Al金属固相反应生成物形成的顺序为NiAl3→Ni2Al3→NiAl→Ni3Al。Ni粉和Al粉原子配比为1︰1的物料,在750℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的NiAl粉体,反应温度超过铝熔点温度时,升高温度对反应产物的成分影响不大;Ni粉和Al粉原子配比为3︰1的物料,在1 200℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的Ni3Al粉体,提高反应温度有利于提高Ni3Al的转化率。     

等离子原位合成Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能研究

利用等离子激发原位反应在碳钢表面合成了Ni—Al金属间化合物涂层。借助金相显微镜、扫描电镜、 X射线衍射仪和显微硬度计对涂层的组织和性能进行了研究。结果表明:当Ni和Al的质量百分比为4:1时,涂层与基体呈冶金结合,无裂纹和气孔等缺陷;涂层的主要组成相为Ni3Al和NiAl;涂层组织为细密的树枝晶;涂层的硬度高于基体,硬度可达630HV;涂层耐蚀性能良好。     

钛表面Al/NiCr复合涂层改性反应机理及抗氧化性能

目的 使Al/NiCr复合涂层之间发生改性反应,并原位生成具有一定抗氧化性能的Ni-Al金属间化合物防护涂层。方法 利用电弧喷涂结合等离子喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/NiCr组合涂层,对喷涂态Al/NiCr/Ti试件于炉中进行700 ℃加热改性处理,研究了加热改性处理前后涂层的微观组织形貌及Ni-Al金属间化合物的形成机理。此外,还对经加热和打磨处理后的Al/NiCr/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800 ℃/100 h的高温氧化试验。结果 Ti基体表面Al/NiCr涂层经700 ℃炉中加热改性处理后,Al、NiCr涂层之间发生改性反应,并原位生成了固溶有一定Cr元素的Ni2Al3及NiAl金属间化合物。另外,在整个Al、NiCr扩散反应区中,弥散分布有Al液和Cr2O3、NiO组成的混合物组织。但是生成的Ni2Al3相金属间化合物有熔化现象发生,只有高熔点的NiAl金属间化合物能够稳定存在。结论 经改性反应所得的NiAl金属间化合物层对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

等离子原位合成Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能研究

利用等离子激发原位反应在碳钢表面合成了Ni-A1金属问化合物涂层。借助金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对涂层的组织和性能进行了研究。结果表明：当Ni和Al的质量百分比为4：1时，涂层与基体呈冶金结合，无裂纹和气孔等缺陷；涂层的主要组成相为NiAl和NiAl；涂层组织为细密的树枝晶；涂层的硬度高于基体，硬度可达630HV；涂层耐蚀性能良好。     

基于冷喷涂制备ZrC掺杂NiAl热障涂层粘结层

目的开发NiAl金属间化合物热障涂层粘结层。方法通过机械合金化技术制备了Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC与Ni/Al+0.07%三种复合结构粉末。采用冷喷涂在镍基高温合金(IN738)基体上制备Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC与Ni/Al+0.07%三种复合涂层,然后在保护气氛Ar气中进行热扩散制备这三种金属间化合物涂层。结果低温球磨8 h后可以获得具有亚微米层状结构的Ni/Al+ZrC复合结构粉末。喷涂态Ni/Al合金复合涂层保留了粉末的结构,经1080℃保温10 h后,形成了致密的NiAl金属间化合物涂层。结论掺杂ZrC(0.07%和0.5%)的Ni/Al粉末在球磨后比未掺杂ZrC的粉末更均匀。掺杂ZrC的粉末形成了部分NiAl金属间化合物,而没有掺杂ZrC的粉末则无NiAl金属间化合物形成。冷喷涂可以制备几乎无氧化Ni/Al粉末粘结层。热处理后原喷涂态涂层中的亚微米的层状结构已基本消失,变成了较为均匀的组织。     

钛表面改性Al/NiCu组合涂层反应机理及抗氧化性能

采用等离子结合电弧喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/Ni Cu组合涂层,在700℃的大气环境下对Al/Ni Cu/Ti试件进行加热处理,使得Al、Ni Cu复合涂层之间发生扩散反应并原位生成具有一定抗高温氧化性能的Ni-Al金属间化合物涂层。对加热改性处理前后涂层的微观组织及Ni-Al金属间化合物的形成机理进行了研究,并对经加热和打磨处理后的Al/Ni Cu/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800℃/100 h的高温氧化试验。研究结果显示,Ti基体表面Al/Ni Cu涂层经700℃炉中加热改性处理后,Al、Ni Cu涂层间可发生扩散反应并原位生成Ni Al3、Cu Al2、Ni2Al3及含有一定Cu元素的Ni Al金属间化合物,但只有高熔点的Ni Al金属间化合物能够始终稳定地存在,且此金属间化合物对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的冷喷涂制备

采用WC/Fe/Al混合粉末,通过机械合金化制备40v0l％ WC/Fe(Al)固溶体复合粉末,利用冷喷涂沉积涂层并结合热处理原位反应制备了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.研究了球磨时间对复合粉末相结构、晶粒尺寸及组织结构的影响,并分析了冷喷涂WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的组织和显微硬度.结果表明,机械合金化可获得WC陶瓷颗粒呈微/纳米多尺度分布的WC/Fe(Al)金属陶瓷复合粉末,球磨36 h的复合粉末基体相平均晶粒尺寸约为90 nm,冷喷复合涂层组织致密、多尺度WC颗粒在基体中均匀弥散分布,涂层显微硬度约为1060 HV0.3,涂层在650℃热处理后发生Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,制备出了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.     

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。     

激光熔覆Ni 包Al+1%Y2 O3 覆层的组织分析

以Ni 包Al 粉末和少量Y2O3 粉末为原料,在20 钢基体表面激光熔覆Ni-Al 金属间化合物,获得了质量良好的熔覆层。运用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了熔覆层的组织结构,利用能谱仪、X-ray 衍射仪分析了熔覆层的成分与相结构,研究了热处理对其组织、性能和有序化的影响。结果表明:熔覆层主要由Ni3Al,γ-(Fe,Al),NiAl,AlNiY 和Al2Y 等相组成,热处理后,Ni3Al 相由无序化转变成有序化,并且NiAl 相的有序化得以保留。     

Effect of compositions on the microstructure and properties of plasma clad NiAl coating

NiAl intermetallic coating was in-situ synthesized by the plasma cladding process. The effect of atomic ratio of Ni to Al atoms 1 (coating 1), 2 (coating 2) and 3 (coating 3) on the microstructure and mechanical properties of plasma clad was studied by combining microstructural analysis and wear-resistant test. The obtained results indicated that the microstructure of the synthesized NiAl coating was compact and uniform in addition to few porosities and the NiAl coating well metallurgically bonded with the substrate. Coating 1 is mainly composed of NiAl and the solid solution γ-(Fe,Ni) phases. Coating 2 contains of NiAl, Ni₃Al and γ-(Fe,Ni). Coating 3 is mainly composed of Ni₃Al, γ-(Fe,Ni) and NiAl. Coating 3 has excellent wear-resistance property owing to high hardness and low friction coefficient. Ni3Al phase has great influence on wear-resistance property of coating 3. The main wear mechanism of coating 1 is multi-plastic deformation wear and adhesion wear. Grain abrasion is the main wear mechanism of coating 3. The main wear mechanism of coating 2 is grain abrasion and partly adhesive wear.     

激光原位合成Ni3Al金属间化合物覆层及其高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在不锈钢基材表面原位合成了Ni3Al金属间化合物覆层。用XRD和SEM分析了覆层的相组成和组织结构。在CSM栓-盘摩擦磨损试验机上对覆层的高温摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:覆层由单相Ni3Al金属间化合物组成;覆层与基材呈良好的冶金结合;覆层的摩擦因数和磨损率在500℃时具有最低值,分别为0.51和1.38×10-4mm3/Nm。     

Formation of NiAl Intermetallic Compound by Cold Spraying of Ball-Milled Ni/Al Alloy Powder Through Postannealing Treatment

Ni/Al alloy powders were synthesized by ball milling of nickel-aluminum powder mixture with a Ni/Al atomic ratio of 1:1. Ni/Al alloy coating was deposited by cold spraying using N₂ as accelerating gas. NiAl intermetallic compound was evolved in situ through postspray annealing treatment of cold-sprayed Ni/Al alloy coating. The effect of annealing temperature on the phase transformation behavior from Ni/Al mechanical alloy to intermetallics was investigated. The microstructure of the mechanically alloying Ni/Al powder and NiAl coatings was characterized by scanning electron microscopy and x-ray diffraction analysis. The results show that a dense Ni/Al alloy coating can be successfully deposited by cold spraying using the mechanically alloyed powder as feedstocks. The as-sprayed alloy coating exhibited a laminated microstructure retained from the mechanically alloying powder. The annealing of the subsequent Ni/Al alloy coating at a temperature higher than 850 °C leads to complete transformation from Ni/Al alloy to NiAl intermetallic compound.     

钛合金激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层的组织和耐磨性（英文）

以Ti＋Ni＋B4C粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得TiB-TiC共同增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层。采用OM、SEM、XRD、EDS及AFM等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,测试涂层的室温干滑动磨损性能。结果表明,激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层熔覆具有独特的显微组织,菊花状的TiB-TiC共晶均匀分布在TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体中。由于高硬、高耐磨TiB-TiC陶瓷相与高韧性TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体的共同配合,激光熔覆涂层表现出优异的耐磨性。     

Phase and Microstructure Properties of Laser Cladding NiAl Intermetallic Compound Coating at Elevated Temperature

The phase and microstructure properties of laser cladding single phase NiAl coating at elevated temperature of 800 °C were investigated by means of XRD,SEM,and HRTEM.It was found that Ni3Al phase with a fine equiaxial microstructure precipitated along NiAl grain boundaries via the solid-state diffusion of Ni atoms during heating process.NiAl and Ni3Al phases have a common<110>zone axis.The phase and microstructure evolutions of NiAl during heating process can acquire well understand the diffusion behavior of laser cladding NiAl intermetallic compound coating and provide better guidance on its production and practical use.     

铝合金/Cu/不锈钢接触反应钎焊及中间层溶解行为(英文)

以Cu作为接触反应材料连接6063铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢,探讨焊接工艺参数对接头组织的影响规律,分析中间反应层Cu的溶解特性结果表明:在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面反应层由Fe2Al5、FeAl3金属间化合物和Cu-Al金属间化合物构成,与之相邻区域主要含Cu-Al金属间化合物,焊缝组织由Al-Cu共晶及大块状的Al固溶体组成;随着保温时间的延长,焊缝组织最为显著的变化是在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面的金属间化合物层厚度增加,共晶组织宽度逐渐减小;中间反应层Cu的溶解速度非常迅速,是以秒为计量单位的快速过程,厚度为10μm的Cu溶解时间仅为0.47s。     

GH4169表面电火花沉积NiCrAlY涂层的制备

采用电火花沉积技术在GH4169合金上制备不同铝含量的NiCrAlY涂层，通过真空退火处理高铝的NiCrAlY涂层厚度.测试电火花沉积涂层的增重曲线，用扫描电子显微镜观察涂层的组织，用X射线分析仪测试涂层的物相组成，研究退火以及不同涂层的元素含量对NiCrAlY涂层组织的影响规律.结果表明,高铝含量的NiCrAlY涂层存在涂覆极限厚度；退火处理后再次涂覆可进一步增加涂层厚度.在四次涂覆+退火后涂层达到极限厚度，厚度约为45 μm.低铝含量的NiCrAlY涂层没有涂覆到极限厚度.对高铝含量的NiCrAlY涂层XRD结果表明,退火前主要物相为NiAl，退火后出现Ni3Al，涂层可以继续涂覆.低铝的NiCrAlY涂层物相为Ni3Al，没有涂覆极限.和NiAl相比，Ni3Al和GH4169的线膨胀系数接近，使含有Ni3Al相的涂层能够继续涂覆.     

反应等离子喷涂Ni3Al涂层的组织与性能

为了满足高温热防护的需求,采用等离子喷涂技术制备Ni3Al复合涂层,并详细研究了涂层的组织结构、结合强度、热震性能及高温抗氧化性能。结果表明,由于Ni、Al粉体之间接触充分,喷涂过程中,完全反应生成了Ni3Al中间相,并放出大量的热,涂层与基体呈微冶金结合,结合强度较普通镍包铝涂层高30%~40%,并具有良好的抗热震性和高温抗氧化性能     

激光控制反应合成Ni/Al金属间化合物涂层的研究

用大功率CO2激光器在铸钢基体上反应合成了Ni／Al金属间化合物涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的组织和相组成，并对其进行抗高温氧化性能测试，对高温氧化前后的涂层进行电子探针分析。结果表明：低功率快扫描速度下的激光控制反应合成涂层成型质量良好，与基体形成冶金结合，并且连续致密无裂纹，对基体影响小。从基体到涂层表层垂直方向分别为沿基体生长的平面晶区、柱状晶区和表层等轴晶区，涂层主要由Ni／Al金属间化合物组成。高温氧化前后涂层各元素的组成几乎无变化，涂层抗高温氧化性能优良。