Ni基合金粉末及其非晶涂层的制备与表征

为解决非晶粉末价格昂贵、成型困难等问题,采用真空气雾化法制备了Ni FeCrMoNbBSi合金粉末,利用火焰喷涂焰流温度高、冷凝速度快有利于形成非晶相等特点,经火焰喷涂后制备了镍基非晶涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM等对粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征进行了表征。结果表明:Ni FeCrMoNbBSi合金粉末形貌为球形或近球形,主要由晶体相FeNi3和Ni CrFe固溶体组成,非晶含量较少。制备的Ni基非晶涂层组织结构致密,主要由非晶相和Cr2Ni3金属间化合物组成,非晶含量可达70%(体积分数)。     

氧乙炔火焰喷涂制备粉煤灰复合涂层的研究

用氧乙炔火焰喷涂在Q235钢表面制备粉煤灰复合涂层。采用SEM和XRD分析了涂层的界面形貌和物相组成,并测试了粉煤灰复合涂层的耐蚀性和耐磨粒磨损性能。结果表明,涂层表面致密,结合性良好,且有3Al2O3·2SiO2、Ca2SiO4、TiB2等新相产生;涂层具有良好的耐酸性和耐磨性,其耐酸性、耐磨粒磨损性分别比基体提高了11.8倍、7.67倍。     

氧乙炔火焰喷涂制备粉煤灰复合涂层的研究

用氧乙炔火焰喷涂在Q235钢表面制备粉煤灰复合涂层。采用SEM和XRD分析了涂层的界面形貌和物相组成,并测试了粉煤灰复合涂层的耐蚀性和耐磨粒磨损性能。结果表明,涂层表面致密,结合性良好,且有3Al2O3·2SiO2、Ca2SiO4、TiB2等新相产生;涂层具有良好的耐酸性和耐磨性,其耐酸性、耐磨粒磨损性分别比基体提高了11.8倍、7.67倍。     

TiO_2含量对Al_2O_3陶瓷涂层性能的影响

Ａｌ２Ｏ３是一种应用较为广泛的陶瓷涂层材料，但其熔点高，喷涂沉积效率较低。笔者以往研究表明，加入ＴｉＯ２可提高Ａｌ２Ｏ３涂层的致密性及喷涂沉积率。本文对加入ＴｉＯ２后Ａｌ２Ｏ３涂层的性能进行了试验。结果表明，当ＴｉＯ２含量为１３％～２０％时，涂层的耐磨性最好。     

超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。 然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。 目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe₄₀Cu₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe₆₃Cr₈Mo3.5Ni₅P₁₀B₄C₄Si2.5在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。 本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。     

Ni对超音速火焰喷涂合成TiC-Ni涂层组织和耐磨性能的影响

利用超音速火焰喷涂合成技术制备了3种不同Ni含量的TiC-Ni金属陶瓷涂层,并对涂层进行了组织和性能研究。结果表明,Ni在喷涂过程中起到了吸收反应热、减缓喷涂合成过程中粉末组分氧化的作用,并且还起到了涂层粘结相的作用。粉末中Ni含量对涂层的组织和性能影响很大,Ni含量较低时涂层中含有大量氧化物,涂层组织疏松,涂层的耐滑动磨损性能较差;随着Ni含量的升高,涂层的氧化物含量降低,涂层耐滑动磨损性能增强;但Ni含量过高时,涂层中Ni片层会增多,硬质相间距加大,涂层的耐磨性能有所降低。     

工艺参数对HVOF喷涂WC-Co涂层磨损性能的影响

采用滑动磨损试验机对不同工艺参数下HVOF喷涂WC-Co涂层进行滑动磨损试验,并分析了涂层的表面失效行为。氧气流量和燃气流量对涂层磨损性能的影响呈不同的变化规律,较小的氧气流量、适中的燃气流量和喷涂距离条件下制备的涂层磨损率较低。涂层滑动磨损失效具有解理断裂特征。失效过程中碳化物颗粒的剥落对涂层磨损起关键作用,涂层中的粘结相、孔隙对疲劳裂纹的扩展有很大的影响。     

超音速火焰喷涂制备Fe基非晶合金涂层的组织与腐蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术制备了Fe基非晶涂层,通过激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试技术对Fe基合金粉末以及获得的Fe基涂层的形貌和显微组织结构进行了研究,结果表明,采用合适的喷涂工艺可以获得非晶态的Fe基合金涂层。Fe基非晶合金涂层的耐腐蚀性实验表明,获得的非晶合金涂层具有优异的耐腐蚀性。     

超音速火焰喷涂合成(Ti,Mo)C-Ni涂层组织和性能的研究

利用超音速火焰喷涂合成技术制备了4种不同成分含量的(Ti,Mo)C-Ni金属陶瓷涂层,并对涂层的组织和性能进行了研究.结果表明,对于不含Mo的3种涂层(1号、2号、3号)来说,1号涂层的显微硬度值最高,3号涂层的显微硬度值又较2号涂层高,且2号涂层的耐冲蚀磨损性能优于1号和3号涂层;对于Ni含量均为40%的2号和4号涂层来说,4号涂层由于加入了5%的Mo,显微硬度值较2号涂层大大提高,且4种涂层中,4号涂层的耐冲蚀磨损性能最好.     

模拟服役条件下镍-石墨涂层的可磨耗性研究

火焰喷涂镍石墨封严涂层广泛应用于高压压气机前对开机匣和其他航空发动机零件上,其目的 是通过与叶尖或蓖齿之间的磨削控制转子与机匣壳体之间的间隙,从而提高发动机的效率,降低燃油消耗率,可磨耗性是评价封严涂层性能的重要指标之一.根据航空发动机设计的迫切要求,开展了模拟工况下镍-石墨涂层的摩擦磨损试验,并对涂层的可磨耗性进行了深入研究,分析了切削深度、切削速率等因素对涂层可磨耗性能的影响机制.结果 表明:在相同叶尖线速度下,切削深度对涂层磨损的影响比切削速率的影响更为显著;镍-石墨涂层在高线速度下的主要摩擦磨损机制是塑性变形和摩擦氧化;环境温度对涂层的摩擦磨损有一定的影响.     

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000 和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌.结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落.     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损特性

在腐蚀冲蚀磨损试验机上,用5%H2SO4和质量分数15%棕刚玉组成的腐蚀-冲蚀磨损介质,对不同燃气流量下HVOF喷涂Cr3C2-25%NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损性能进行了试验研究,测定了涂层单位面积失重量随腐蚀冲蚀磨损时间和冲蚀角度的变化,用扫描电镜观察了涂层断面组织形貌,分析了涂层腐蚀冲蚀磨损机制.研究表明,涂层的腐蚀...     

火焰喷涂镍基复合涂层的干摩擦磨损性能

针对轴套表面耐磨强化需求,为了进一步提高镍基涂层的耐磨性,采用火焰喷涂技术在球磨铸铁表面制备了含不同耐磨添加剂[SiC,WS2,六方BN(h-BN),立方BN(c-Bn),石墨,铜粉]的镍基复合涂层。利用盘-销式磨损试验机测试了基体与复合涂层的干摩擦磨损性能,采用数码显微镜观察了复合涂层表面磨损形貌,并讨论了磨损机制。结果表明:在高载荷下,基体磨损严重,填充耐磨添加剂后,镍基复合涂层在高载荷下显示出较优的耐磨性能;载荷为20~100 N时,涂层磨损量随添加剂类型和添加量显著变化;50 N载荷下,含8%Cu,c-BN的镍基复合涂层的耐磨性能较其他复合涂层的更优,其中含c-BN镍基复合涂层的磨损量仅为0.003 9 mg/(N·m);100 N载荷下,含5%WS2,Cu,h-BN的镍基复合涂层的耐磨性较其他复合涂层的更优;基体的磨损机制主要为疲劳和黏着磨损,镍基复合涂层表现出一定的塑性变形,主要为疲劳磨损。     

超音速火焰喷涂TiC-TiB2增强Ni基涂层的研究

利用超音速火焰喷涂技术在45号钢基体上制备了2种TiC-TiB2增强Ni基涂层,研究了涂层的组织和性能并与Ni60涂层进行对比分析.结果表明,含Ti-B4C自反应组元粉末的喷涂火焰呈明亮的白炽状态,火焰温度明显高于喷涂Ni60粉末的火焰温度,TiC-TiB2陶瓷增强Ni基涂层的显微硬度和耐滑动磨损性能明显优于Ni60涂层.Ti-B4C-Ni团聚态粉末形成的涂层中陶瓷相均匀分布在金属基体中,颗粒细小,在摩擦过程中不易脱落,有效提高了片层强度和硬度,增强了涂层的耐磨性.而Ti-B4C团聚态粉与Ni60机械混合粉末形成的涂层中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,使得涂层的结合性和耐磨性略有降低.     

粘结相含量对超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层冲蚀磨损的影响

采用不同粘结相含量的粉末,运用超音速火焰喷涂方法制备了Cr3C2-NiCr涂层。运用干砂冲蚀磨损试验机检测不同冲蚀角度下涂层的冲蚀磨损性能,研究粉末粘结剂含量对沉积涂层冲蚀磨损性能的影响。运用扫描电镜技术观察并分析Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损失效行为。结果表明:粘结相含量不同的HVOF喷涂涂层均表现出脆性材料的冲蚀磨损特性,随冲蚀次数的增加失重量呈近似线性增加;粘结相在涂层中的分布形式影响涂层的抗冲蚀性能,但不改变冲蚀失效的主要机制。     

滚动接触条件下铁基涂层的疲劳磨损寿命实验研究

利用超音速等离子喷涂技术在45钢表面制备了铁基合金涂层,利用球盘式疲劳磨损实验机评价了铁基涂层在两种载荷条件下的疲劳磨损性能,利用两参数Weibull分布表征了涂层的疲劳寿命,采用扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层的微观结构和失效形貌,利用有限元方法研究了涂层内部应力分布.实验结果表明,载荷条件可以显著地影响涂层的寿命和失效形貌,高载下涂层的寿命明显降低;随着载荷的增加,主要失效形式由表面磨损失效转换成剥层失效,其中表面磨损是由于粗糙接触引起,而剥层则与应力分布机制有关.     

空气超音速火焰喷涂、冷喷涂与电镀制备电触头银层的组织结构与摩擦磨损性能对比

电触头是电力输送系统中的关键元器件,其失效方式与触头表面涂层的磨损密切相关。采用空气超音速火焰喷涂工艺(HVAF)和冷喷涂工艺(CS)分别制备了银涂层;采用往复摩擦试验研究了涂层在不同载荷、频率条件下的摩擦磨损性能,并与电镀银镀层的性能进行了对比;采用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了涂层磨痕的表面形貌和成分,并对涂层的摩擦磨损机理进行了分析和讨论。结果表明：空气超音速火焰喷涂和冷喷涂工艺均可制备较厚的致密银涂层;冷喷涂制备的银涂层硬度较高,在高频、高载荷条件下具有较小的摩擦系数和较低的磨损量;空气超音速火焰喷涂和冷喷涂制备的银涂层的磨损机制主要为疲劳磨损。     

喷涂距离对Fe基非晶涂层孔隙影响的研究

热喷涂涂层中孔隙的存在会降低涂层的耐蚀性,减少涂层寿命,而热喷涂工艺参数很大程度上影响涂层的孔隙率。本文采用计算机数值模拟和设计验证实验的分析方法,重点研究了JP-8000超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备Fe基非晶涂层工艺参数中喷涂距离与涂层孔隙的关联性。利用商用计算软件Fluent计算平台,研究加入粉末粒子前,喷枪内火焰温度和速度的变化规律,以及加入非晶粉末后,不同喷涂距离条件下颗粒飞行过程的温度和速度的变化规律。仿真结果表明,喷涂距离为360~380 mm时,非晶粉末颗粒在撞击基板时处于半融化状态,颗粒在基板上具有良好的流动性,可获得孔隙率较低的涂层。验证实验结果与仿真结果一致。X射线衍射结果表明,粉末、不同喷涂距离所制备的涂层以及同成分的非晶条带均为完全非晶态结构。SEM和孔隙率统计结果表明,喷涂距离为370 mm时,涂层截面的孔隙较少,且孔隙率最低,为0.57%,验证了计算模拟优化的最佳喷涂距离范围。     

摩擦磨损自修复原理及纳米自修复添加剂的研究现状

摩擦磨损导致能源浪费和零部件失效,纳米自修复添加剂能够降低摩擦磨损,延长机械的使用寿命,还可在不拆卸的情况下对机械零件表面进行在线修复,实现终身免大修,给传统的维修带来了全新的理念.纳米自修复添加剂的研究处于摩擦学、材料科学以及现代表面技术的结合点,对于完善润滑理论具有重要的意义.探讨了摩擦磨损自修复的原理,概述了纳米自修复添加剂的研究现状.     

超音速火焰喷涂氧化铬陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

采用箱式电阻炉对超音速火焰喷涂氧化铬陶瓷涂层进行热处理,利用显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和摩擦磨损试验机等设备,研究热处理温度对氧化铬涂层室温条件下干摩擦性能的影响,并讨论涂层的磨损机制。结果表明,在实验条件下,500℃热处理涂层的综合耐磨减摩性能最好。热处理未能改变涂层的磨损机制,在10N载荷下,涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有轻微的剥落磨损;而在25N载荷下,涂层的磨损机制则以剥落磨损为主,并伴有磨粒磨损。