纯铜表面氩弧熔覆TiB2/Ni复合涂层组织及耐磨性能

通过氩弧熔覆技术在纯铜表面制备TiB₂增强 Ni 基复合涂层,以改善其耐磨性能. 将钛粉、硼粉和镍粉在球磨机中充分混合,采用氩弧熔覆技术将纯铜表面预置粉末熔化制备出陶瓷颗粒增强镍基熔覆层. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析涂层的物相及涂层中陶瓷颗粒相的组成、分布及结构,利用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试涂层的显微硬度和耐磨性能. 结果表明,熔覆层物相主要包括γ(Ni, Cu)和TiB₂;陶瓷颗粒增强相弥散分布于熔覆层中,其中颗粒相TiB₂以六边形存在,熔覆层内部与基体界面处均无缺陷产生;熔覆涂层具有较高的显微硬度,当(Ti+B)质量分数为10%时,涂层显微硬度高达781.3 HV,与纯铜基体对比,熔覆层显微硬度提高约11.7倍;在相同磨损条件下,随(Ti+B)质量分数的增加,熔覆涂层的摩擦系数及磨损失重先减小后增大;氩弧熔覆原位自生TiB₂陶瓷颗粒增强镍基熔覆层可显著提高纯铜表面的耐磨性能.     

TIG熔覆原位自生TiC-TiB2/Fe复合涂层

利用氩弧作为热源,以G302铁基合金粉、FeTi70粉和B₄C粉作为原料粉末,在Q235表面原位生成TiC-TiB₂增强的铁基复合涂层. 采用一系列的分析测试方法对涂层进行了表征,结果表明,氩弧熔覆过程冶金反应充分,熔覆层中生成了TiC,TiB₂和M₇C₃等硬质增强相;熔覆层组织呈现出由母材界面到熔覆层表面硬质相逐渐增多的梯度分布特征. 增加FeTi70和B₄C粉末比例提高了熔覆层硬度,质量比为G302:FeTi70:B₄C=6:3:1时,试样最大硬度达到976 HV0.1,是母材硬度的5倍左右. 在与GCr15钢对磨时,熔覆试样磨损量仅为Q235钢的1/30左右,熔覆层磨损表面基本无塑性变形痕迹,涂层中坚硬的TiC,TiB₂陶瓷相起到阻磨作用.     

原位自生ZrC-ZrB2/铁基氩弧熔覆层

将锆粉、B₄C粉和铁粉预涂在Q235钢表面,利用氩弧熔覆技术成功制备出原位自生ZrC-ZrB₂颗粒增强的铁基复合涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪分析了熔覆层的显微组织,探讨了增强相ZrC-ZrB₂的生长机制,并测试了熔覆层的硬度和室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,熔覆层由呈针状或棒状分布的ZrCZrB₂复合体和块状或花瓣状的ZrC颗粒组成,增强相的微观形貌与其形核和周围环境密切相关,熔覆层与基体呈良好的冶金结合;熔覆层的维氏硬度可达1 200 MPa,耐磨性为基体的20倍.     

石墨电极表面氩弧熔覆原位合成ZrB_2-SiC/Si抗氧化涂层

为了增强石墨在高温条件下的抗氧化性,采用氩弧熔覆技术,以硅粉、锆粉和B4C粉为原料在石墨电极表面制备原位合成Zr B2-Si C/Si抗氧化涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层进行组织分析和物相分析,并对涂层的抗氧化性能进行了测试和研究.结果表明,涂层由Zr B2,Si C和Si组成,高温下氧化生成Zr O2和Si O2,阻止涂层材料进一步的氧化.抗氧化涂层与石墨基体结合良好,无气孔裂纹等缺陷,涂层中竹节状的Zr B2枝晶与颗粒状的Si C分布均匀,在1 500℃条件下灼烧10 h,氧化失重仅为0.72%.     

激光熔覆原位合成陶瓷相增强铁基熔覆层的组织和性能

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆含有Ti-Fe,B₄C粉末的铁基合金粉,在汽车模具钢表面直接原位合成TiC+TiB₂颗粒增强的铁基合金复合涂层.涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层组织细小,结构致密,宏观质量较好. XRD分析结果表明,涂层组织由α-Fe,TiC,TiB₂组成. TiC,TiB₂相均匀分布于熔覆层中.由于TiC,TiB₂硬质相的形成以及激光的快速凝固冷却获得的细晶组织,使得熔覆层的显微维氏硬度有了明显提高.在距离熔覆层表面1.2 mm处显微维氏硬度高达1000 HV,有利于促进熔覆层耐磨性的提高.     

高温合金表面激光熔覆MoSi_2/Al复合涂层的组织结构和性能

为了制备陶瓷基复合涂层,采用CO2激光器在GH586表面激光熔覆Mo Si2/Al复合涂层,研究了熔覆层的组织结构、显微硬度,并进行了1050℃下的抗高温氧化试验。结果表明,熔覆层剖面中热影响区、结合区、熔覆区分布较为明显,在其他条件不变时,随着Al含量的增加,熔覆层显微硬度逐渐降低,复合涂层硬度最高为920 HV,熔覆层抗氧化性能逐渐增强,这是由于氧化膜中Al2O3含量逐渐增多。而与基体相比,熔覆层氧化膜更为致密,抗剥落能力增强,高温抗氧化性能明显提高。     

镍基合金激光熔覆-离子渗硫复合改性层组织性能

利用激光熔覆和离子渗硫技术在45钢表面制备复合改性层,采用SEM,EPMA,XRD等手段对比研究激光熔覆层和渗硫层的组织形貌、成分分布及相组成;并测试渗硫前后涂层的耐磨性和耐蚀性.结果表明,镍基合金涂层主要由γ-（Fe,Ni）,Fe_0.64Ni_0.36,M₂₃C₆,WC,M₇C₃和Fe₂B等物相组成,显微硬度达到740 HV0.2.渗硫后在激光熔覆层表面形成了以FeS为主的渗硫层,表面疏松多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成.与熔覆层相比,复合改性层的摩擦系数和磨损量都显著降低,减摩和耐磨效果明显.渗硫后镍基合金激光熔覆层自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,耐蚀性略微降低.     

氩弧熔覆原位自生ZrC-ZrB2颗粒增强金属基涂层的组织与性能

以Zr粉、B4C粉和Fe粉为原料,采用氩弧熔覆技术在Q345D钢基材表面原位合成了ZrC-ZrB2颗粒增强铁基熔覆层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合涂层显微组织和性能进行了观察分析。结果表明:在Q345D钢表面成功制备了ZrC-ZrB2熔覆层,熔覆层与基体呈良好的冶金结合。涂层的显微硬度可达1200 HV0.1,涂层耐磨性为基体的9.86倍。     

Ti6Al4V合金表面氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强钛基复合涂层组织与耐磨性

以B4C和Ni60A粉末为预涂材料,采用氩弧熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面原位合成TiC与TiB₂增强相增强钛基复合材料涂层.运用XRD,SEM等分析手段研究了复合涂层的显微组织,利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度并用磨损试验机分析了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,熔覆层组织主要由TiC和TiB₂组成,TiC颗粒和TiB₂颗粒弥散分布在基体上,TiC颗粒的尺寸为2~3μm,而呈长条状的TiB₂颗粒尺寸为3~5μm.显微硬度和耐磨性测试结果表明,该复合涂层显微维氏硬度高达1200MPa左右,复合涂层的耐磨性能比Ti6Al4V基体提高约20倍.     

Cr12MoV钢表面激光熔覆稀土改性铁基复合涂层的性能

采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢表面制备CMC PMagic2L涂层,并通过添加稀土氧化物CeO₂构成改性铁基复合涂层,运用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机等,研究了稀土氧化物CeO₂的加入对涂层组织性能的影响。结果表明,稀土氧化物CeO₂能够促进熔覆层晶粒细化,使热影响区宽度变大;CeO₂的含量越高,熔覆层硬度越大;含1%CeO₂的改性铁基复合涂层较未添加CeO₂的涂层,尽管热影响区厚度有所增加,但熔覆层平均硬度提高了22.1%,耐磨性也显著提高,磨损体积相对减小了43.66%,且熔覆层组织致密,有效地实现了模具表面强化的目的。     

CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在碳纤维增强热塑性塑料(carbon fiber reinforced thermoplastics, CFRP)表面成功地制备了TC4 + AlSi10Mg复合涂层. 通过扫描电镜、能谱仪和透射电镜分析了TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层微观结构、元素成分分布及相组成. 采用纳米压痕仪对复合涂层到基材的硬度变化规律进行测试. 结果表明,通过激光熔覆技术可以快速在CFRP材料表面形成连续的、均匀的TC4 + AlSi10Mg复合涂层. TC4 + AlSi10Mg复合粉末在激光作用下,受热熔化渗透到CFRP基体内部,形成良好的冶金结合,并在碳纤维-树脂-复合涂层之间形成连续的界面层. TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层相成分为TiC,Ti₃Al,TiS₂和Ti₃AlC相. CFRP基体的平均硬度为10.15 HV,涂层的最高硬度可达1914 HV. 基于试验观察和理论分析,得出CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层主要的界面反应机理为Ti(s) + C(s)→TiC(s),Al(l) + 3Ti(s)→Ti₃Al(s).     

锆合金激光熔覆镍基复合层微观组织及界面特征

以Ni35自熔性合金粉末为熔覆材料,采用激光熔覆技术在锆合金表面原位生成了NiZr₂/陶瓷增强镍基涂层.利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对熔覆界面附近的微观组织、物相组成及界面结合特征进行分析.结果表明,熔覆层基体组织为NiZr+Ni₁₀Zr₇,增强相NiZr₂以细针状均匀分布在熔覆层上部和底部,块状及棒状的陶瓷相Zr₅（Si_xNi_1-x）₄/Zr（Si_xNi_1-x）分布在熔覆层中部,熔覆层与基体间实现良好的熔焊冶金结合,界面结合区组织不均匀,分布有等轴状NiZr及晶间的α-Zr,熔覆层的显微硬度分布均匀,平均值约为1 100 Hv.     

激光熔覆VC-Cr7C3复合熔覆层的组织与力学性能

采用激光熔覆技术在Q235钢表面原位合成了VC-Cr₇C₃复合熔覆层,并研究激光扫描速度对熔覆层微观组织与力学性能的影响。利用扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪等对熔覆层组织及性能进行分析。结果表明,激光熔覆技术可使V、Cr、C混合颗粒间发生原位反应形成VC-Cr₇C₃复合熔覆层,其主要由黑灰色VC相、灰色Cr₇C₃相及{FeM}粘结相组成,其中Fe与Cr可共同形成Cr₇C₃相(M₇C₃)。激光熔覆凝固形状控制因子K与C元素的分布状况使得熔覆层顶部出现大量碳化物等轴晶组织,中部碳化物等轴晶的含量有所减小,而底部由于C含量较低,其碳化物含量较少,且碳化物晶粒形貌受到激光扫描速度的影响,在1 mm/s时碳化物呈树枝晶组织,在1.5 mm/s时呈等轴晶组织。同时在1.5 mm/s时熔覆层晶粒尺寸明显小于1 mm/s时的。以上熔覆层组织结构与成分变化使其硬度随层深的增加而降低,同时随着扫描速度的增加,熔覆层的硬度也逐渐增加,熔覆层的硬度高于Q235钢3倍以上。在1.5 mm/s时熔覆层摩擦因数为0.4,低于Q235钢基材的0.6,且熔覆层磨损量显著低于Q235钢基材。由此可知,激光熔覆VC-Cr₇C₃复合熔覆层可用于碳钢的表面高硬、耐磨改性。     

SiO2f/SiO2复合材料表面碳活化辅助钎料润湿机理

针对SiO_2f/SiO₂复合材料钎焊中存在表面钎料润湿性差、难以获得有效接头的难题,提出一种表面碳活化辅助钎料润湿的方法.利用PECVD方法低温原位在复合材料表面制备极薄的碳活化层,以辅助活性钎料在其表面铺展润湿.研究表明采用该方法可在400℃/15 min条件下即可在SiO_2f/SiO₂表面制备出碳活化层,且复合材料表面形貌无变化.润湿结果表明碳活化层的引入显著改善了Ag-Cu-Ti钎料在复合材料表面的润湿性,860℃/10 min下润湿角从131°降至27°.碳活化层主要借助碳与活性元素良好的亲和力活化了复合材料表面状态,进而促进活性钎料在其表面铺展润湿.     

钛合金表面激光熔覆高温自润滑耐磨复合涂层

为了提高钛合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-NiCrAlTi/TiC与γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层. 采用 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相和显微组织,在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温,300 ℃,600 ℃)复合涂层的摩擦学性能. 结果表明,激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层主要由"原位"生成的小块状,针状TiC颗粒及TiC树枝晶,γ-NiCrAlTi固溶体基体及弥散分布的球状CaF₂颗粒组成. 由于硬质增强相 TiC与增韧相γ-NiCrAlTi的共同作用,γ-NiCrAlTi/TiC与γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层的磨损率在试验温度下都远低于Ti-6Al-4V基体;在600 ℃时,γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂涂层的平均摩擦系数为0.21,相对于基体与γ-NiCrAlTi/TiC涂层分别降低了43%,50%,表现出良好的高温自润滑减摩性能.     

激光熔覆原位生成增强相强化铁基涂层性能研究

目的 采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备含有碳铬、硼钛化合物及氧化钛等增强相的铁基熔覆层,并对涂层的微观组织及其性能进行研究分析,以期为以后工业化应用提供理论基础.方法 对钛铁(钛质量分数70%)+硼铁(硼质量分数70%)+石墨(纯度99.9%)复合粉末质量分数分别为5%、10%、20%、30%的4种熔覆层(其余熔覆材料为304不锈钢粉末)进行了实验研究,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射对激光熔覆层的微观组织形貌和增强粒子的成分进行研究分析,用光学显微硬度计对激光熔覆层的显微硬度进行测试,用电化学工作站对熔覆层的耐蚀性能进行测试.结果 熔覆层无明显裂纹、气孔等缺陷,与基材结合良好;加入的石墨与钛铁、硼铁在激光熔覆过程中发生了反应,原位生成了Cr23 C6、Cr3 C2、TiO2、Ti1.8 B50等硬质增强相;随着钛铁、硼铁和石墨所占的质量分数增加,熔覆层中生成的硬质增强相含量增加,熔覆层的显微硬度值也随之得到明显提高,其中质量分数为30%的复合粉末熔覆层硬度是基材的3.6倍;激光熔覆试样较基材的耐腐蚀性也随着复合粉末质量分数的增加而提高,其中质量分数为30%的复合粉末熔覆层的耐蚀性是基材的1.58倍.结论 激光熔覆制备含有碳铬、硼钛化合物及氧化钛等增强相的铁基熔覆层较基材性能有明显提高.     

Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC及服役性能

选用纳米Al₂O₃颗粒作为增强相,成功开发了Ag-CuO-Al₂O₃复合钎料,并将其应用于空气反应钎焊固体氧化物燃料电池(SOFC)组件. 对复合钎料的空气反应钎焊工艺进行研究,在1 050 ℃/30 min工艺条件下实现了SOFC电池片与铝化不锈钢连接体的无缺陷连接,分析了接头两侧界面连接特征以及纳米Al₂O₃增强相在连接过程中的演化行为. 对焊后接头进行高温服役性能测试,探究了接头组织和性能在高温氧化(空气)和还原(H₂-50H₂O-N₂)气氛中的演化规律. 结果表明,铝化不锈钢的Al₂O₃保护层对不锈钢基体起到了良好的保护作用,避免了不锈钢基体在连接以及高温服役过程中的性能衰减,在确保接头组织稳定性中发挥了关键作用. 系统分析了高温服役过程对接头气密性的影响,综合评定了Ag-CuO-Al₂O₃复合钎料空气反应钎焊SOFC组件的适用性.