摩擦搅拌表面改性技术研究进展

摩擦搅拌表面改性技术通过对材料表层进行摩擦加热和机械搅拌,产生强烈塑性变形和动态再结晶,可以显著细化表层组织,消除铸造缺陷.通过直接添加或原位固相反应可以形成颗粒增强复合表层,使材料表面硬度和耐磨性以及整体机械性能得到显著改善.摩擦搅拌表面改性固相加工的特点还使其具有良好的工艺性能.作为一项清洁高效的先进表面工程技术,摩擦搅拌表面改性技术具有广阔的应用前景.     

搅拌摩擦加工研究进展

搅拌摩擦加工(FSP),是一种新型的材料塑性变形加工方法,它是在搅拌摩擦焊(FSW)的基础上提出的。从发明至今,研究者已经成功将FSP用于铸造金属微观组织细化、超塑性材料的制备、材料表面改性以及各种复合材料的制备中。搅拌摩擦加工工艺与搅拌摩擦焊接工艺基本相同,工艺参数对搅拌摩擦加工材料质量有很大的影响。综述了搅拌摩擦加工近年来的研究进展,主要包括不添加增强相的FSP和添加增强相的FSP两大类。其中不添加增强相的FSP主要有铸造金属微观组织细化和超塑性材料制备,添加增强相的FSP主要有材料表面改性和复合材料制备。搅拌摩擦加工制备复合材料根据添加相是否与基体反应生成增强相,又分为非原位合成法制备复合材料与原位合成法制备复合材料。文中对以上内容分别进行了总结与评述,最后指出了FSP今后发展应用的方向。     

AZ31B镁合金表面激光熔敷 搅拌摩擦加工改性层结构与性能研究

采用激光熔敷和搅拌摩擦加工技术相结合的方法对AZ31B镁合金表面分别制备了Cu Al和Si Al改性层。通过SEM、XRD、显微硬度以及电化学腐蚀测试系统对表面改性层的微观组织、相组成及耐腐蚀等性能进行分析测试。用Cu Al和Si Al粉末分别制备的改性层化合物主要由β-Al₁₂Mg₁₇及少量的AlCu₄、AlMg和Mg₂Si、AlMg及少量的β-Al₁₂Mg₁₇组成。搅拌摩擦加工改性层与镁合金基体结合良好,表面平整光滑、组织均匀细小。与镁合金基体相比,表面改性层的显微硬度和耐腐蚀性能均得到明显提高,经搅拌摩擦加工之后的添加Si Al混合粉末改性层的显微硬度值最高可达296 HV,比母材提高了385.3%;添加Cu Al混合粉末改性层的自腐蚀电位最高可达-0.975 V,比母材也提高了37.4%。     

镁合金表面搅拌摩擦原位复合材料化的新方法

为了解决搅拌摩擦加工在进行复合材料制备过程中增强相需预置,及在基体中分布不均的问题,提出表面搅拌摩擦原位复合材料化的新方法.利用搅拌头在轧制态AZ31镁合金板材上进行表面复合材料制备,并对制备的复合材料进行显微观察、微观硬度测试、表面耐磨度测试.结果表明,相较于预置搅拌摩擦加工制备复合材料的方法,文中方法能够使增强相在基体中分布更加弥散、均匀,从而进一步提高复合材料层的显微硬度,以及材料表面的耐磨度,同时简化了搅拌摩擦加工制备复合材料的工艺过程.     

AZ31B镁合金表面激光熔敷+搅拌摩擦加工改性层结构与性能

采用激光熔敷和搅拌摩擦加工相结合的方法在AZ31B镁合金表面分别制备了Cu+Al和Si+Al改性层。通过SEM、XRD、显微硬度测试以及电化学腐蚀对表面改性层的微观组织、相组成、显微硬度及耐腐蚀等性能进行分析。结果表明,用Cu+Al和Si+Al粉末制备的改性层化合物分别主要由β-Al_(12)Mg_(17)及少量的Al Cu_4、Al Mg和Mg_2Si、Al Mg及少量的β-Al_(12)Mg_(17)组成。搅拌摩擦加工改性层与镁合金基体结合良好,表面平整光滑、组织均匀细小。与镁合金基体相比,表面改性层的显微硬度和耐腐蚀性能均得到明显提高,经搅拌摩擦加工之后的添加Si+Al混合粉末改性层的HV显微硬度值最高可达2.96 GPa,比母材提高了385.3%;添加Cu+Al混合粉末改性层的自腐蚀电位最高可达–0.975 V,比母材提高了37.4%。     

摩擦堆焊技术及其应用

摩擦堆焊可在材料表面获得无稀释、结合完整性高的焊敷层，是一项高效、优质、低成本的堆焊技术．应用该技术对于解决无法采用常规摩擦焊接的大型或异型构件以及难焊材料的焊接与堆焊问题具有应用价值。介绍了摩擦堆焊技术原理、研究进展及其应用。     

镁合金强制冷却搅拌摩擦加工研究

采用强制冷却搅拌摩擦加工工艺对AZ31镁合金表面进行了表面改性加工,对比了强制冷却搅拌摩擦加工和未强制冷却搅拌摩擦加工工艺对组织的影响.结果表明,采用强制冷却搅拌摩擦加工工艺试样搅拌区晶粒细化明显,有效抑制了热影响区晶粒长大;经强制冷却搅拌摩擦加工后组织显微硬度最高达104HV,比母材硬度提高约79.3%.     

低频磁控埋弧堆焊焊缝组织与性能

为了提高堆焊层熔敷金属的力学性能,在低碳钢表面埋弧堆焊过程中外加低频磁场,研究分析了低频磁场对埋弧堆焊层金属组织及力学性能的影响,通过对不同磁场参数下堆焊表层试样的硬度、耐磨性及其组织和性能的测定分析,发现在适当的磁场参数作用下,可改善熔敷金属的结晶形态,细化晶粒,提高堆焊层的硬度及耐磨性。     

利用搅拌摩擦加工对6061铝合金进行表面改性

为了改善典型的锻造铝合金6061(LD30)的表面性能,采用搅拌摩擦加工的方法在其表面制备强化的复合层以提高其硬度和耐磨性,即在铝合金基体表面加工凹槽,填充TiN纳米粉末后,利用搅拌摩擦加工过程中强烈的塑性变形作用获得较好的粉末弥散效果,从而制备强化的金属基复合层。利用光学显微镜对搅拌区域微观形貌进行分析,测试、比较显微硬度并分析了加工区域显微硬度的变化。结果表明,核区金属在搅拌头强烈的搅拌摩擦作用下发生显著的塑性变形和连续动态再结晶,形成细小、等轴晶粒的微观组织。经多道次搅拌TiN粉末获得了较好的弥散效果,搅拌核区硬度较母材提高约HV24,较未添加粉末搅拌的核区硬度提高约HV54。热影响区由于几乎没有弥散的粉末且受到热循环作用而使硬度下降HV20。     

磁场频率对堆焊层性能的影响

在外加磁场情况下对低碳钢表面进行等离子弧堆焊,通过对堆焊层硬度和磨损量测试以及其显微组织分析,研究磁场频率对堆焊层金属的硬度和耐磨性的影响规律。结果表明,外加纵向磁场通过电磁搅拌作用细化堆焊层金属的组织,并控制硬质相的形态及分布;堆焊层的硬度和耐磨性随磁场的频率变化而变化并存在最佳值,在适当的磁场频率作用下电磁搅拌达到最佳效果从而提高堆焊层金属的综合力学性能。     

钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状

钛合金具有密度小、质量轻、比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性和耐热性、塑韧性好以及优良的加工性等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、体育器械及生物医疗等众多领域。但钛合金摩擦系数大、易黏着、耐磨性能差、高温(700℃)条件下氧化严重、不易润滑等缺点,大大限制了钛合金的应用和发展。介绍激光熔覆、磁控溅射、离子注入等常见的钛合金表面改性技术的研究现状,指出各种改性技术对钛合金耐磨性能、高温抗氧化性能的改善效果,并探讨各种改性技术的优缺点。在此基础上提出综合提高钛合金耐磨性和高温抗氧化性的新思路并展望其发展前景。     

镁合金材料表面处理技术研究新动态

对镁合金材料近年来在表面微弧氧化、表面超疏水膜层、激光表面改性以及溶胶-凝胶涂层四个方面的研究动态进行了简要综述。镁合金材料采用双极性和混合(单极和双极的组合)电流模式微弧氧化处理的膜层生长速率较快,膜层更致密且硬度更高,膜层的耐磨性和耐腐蚀性能更好。在高浓度苛性碱为主的强碱性溶液中添加适量的添加剂,经短时间(~3 min)微弧氧化处理,即可获得中性盐雾试验达200 h以上的致密耐腐蚀膜层。采用水热法、电化学刻蚀、微弧氧化和电沉积等方法,可在镁合金材料表面形成具有微纳米多级结构的粗糙表面,再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰,可在镁合金表面获得超疏水膜层,从而提高镁合金的耐腐蚀性能。镁合金材料激光表面改性处理可改善其表面成分,细化晶粒,使组成相分布更均匀以及提高表层的固溶度极限,从而提高镁合金材料的耐腐性能、摩擦磨损抗力和疲劳强度。溶胶-凝胶有机/无机杂化涂层与镁合金基材良好的附着力,不仅可提高镁合金的耐腐蚀性能,还可以使镁合金具有抗氧化、耐磨损、防水性以及其他性能。     

Evaluation of corrosion resistance of multipass friction stir processed AZ31 magnesium alloy

Multipass friction stir processing (FSP) is an effective method to produce a homogeneous microstructure and enhance the mechanical properties of magnesium (Mg) alloys. However, few studies have concentrated on the variation of corrosion resistance of Mg alloys during multipass FSP. Electrochemical alternating current (AC) impedance, polarization behavior, hydrogen evolution, and corrosion morphology were used to investigate the effects of subsequent passes on the corrosion resistance of FSP AZ31 plates. A quasi‐in‐situ observation of the growth of corrosion products was carried out to further study the corrosion behaviors of FSP AZ31 alloy. It is found that subsequent passes could further reduce the grain size of FSP AZ31 alloy and result in an increase in the hardness compared with the first pass. Moreover, subsequent passes are beneficial to the improvement in the corrosion resistance of AZ31 alloy. Pitting corrosion occurs in FSP AZ31 plates, which has not changed after subsequent passes.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。     

AZ31镁合金表面处理工艺对其改性结果的影响对比

针对AZ31镁合金应用过程中对表面摩擦磨损性能、耐腐蚀性能有特殊要求的状况,分析了AZ31镁合金可能的表面改性技术,比较了不同改性方法的具体实现途径,并提出了加强复合改性技术研究的重要意义。     

AZ31B镁合金盐浴碳氮钒共渗工艺

为提高AZ31B镁合金的表面硬度,改善其摩擦磨损性能及耐蚀性能,采用盐浴碳氮钒共渗工艺在AZ31B镁合金表面形成高硬度碳、氮化合物渗层,并用数字显微硬度计、光学显微镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪、摩擦磨损试验和电化学测试分析渗层表面硬度、截面显微形貌、渗层表面物相组成、耐磨性和耐蚀性等。结果表明,盐浴碳氮钒共渗处理使AZ31B镁合金表面形成主要由VC、VN等高硬度金属化合物组成的渗层,渗层表面硬度最高达到283.1 HV0.05,相比原始试样和碳氮共渗处理试样分别提升280%和62%;相比原始试样,碳氮钒共渗试样的摩擦因数和磨损量分别降低约30%和50%,自腐蚀电位提高60 mV,自腐蚀电流密度降低一个数量级,表明盐浴碳氮钒共渗工艺能够显著提高AZ31B镁合金的表面硬度,提升其摩擦磨损性能及耐蚀性能。     

合金组元与含量对激光熔覆高熵合金涂层的影响研究综述∗

高熵合金被视为是近年来合金化理论的一次创新,打破了传统合金以一种或两种金属元素为主元的设计理念,将合金设计体系扩展到以五种及以上元素为主元的领域,由于能够组成高熵合金的元素种类繁多且含量可调,所以具有巨大的开发潜力。 激光熔覆技术作为一种先进的新型材料表面改性技术与装备维修技术,与高熵合金结合,可为该合金材料的应用开辟出新的空间。 通过对现有研究梳理,归纳总结激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能、硬度与摩擦磨损性能以及抗高温氧化性能的性能强化机理;概括分析常见高熵合金的组成元素及其含量变化,对激光熔覆技术制备合金涂层组织结构和性能的影响,为高熵合金涂层组元的选取提供借鉴参考。 最后指出激光熔覆高熵合金涂层在当前研究中的不足与仍需深入研究的问题,展望了高熵合金的应用前景与未来的研究方向。 系统梳理 Al、Ti、Nb、Mo、Ni、Si、B、C 等合金化元素对激光熔覆技术制备高熵合金涂层组织结构和性能的影响规律和作用效果,为激光熔覆高熵合金涂层的合金分成设计提供理论指导。     

304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

为了提高304LN不锈钢的耐磨性,延长控制棒导向筒组件使用寿命,采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备,分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为,确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明,熔覆层与基体之间形成了冶金结合,显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV,摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35,熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm2·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.