等离子体增强磁控溅射制备TiAlVSiCN涂层的抗冲蚀性能

目的 提高不锈钢基体的抗固体颗粒冲蚀性能.方法 在不锈钢基体表面,通过等离子体增强磁控溅射系统(PEMS),采用不同偏压工艺制备TiAlVSiCN纳米复合涂层.通过SEM、HRTEM观察涂层的微观形貌与组织,利用XRD、SAD分析涂层的物相组成与晶体结构,并通过划痕仪、纳米硬度计以及冲蚀试验机探究不同工艺涂层的结合强度、纳米硬度以及抗冲蚀性能差异.结果 采用PEMS制备出一系列不同偏压条件下的TiAlVSiCN涂层,涂层组织致密,呈柱状,主要包括纳米晶Ti(Al,V)(C,N)相和非晶相.偏压显著影响涂层的晶粒尺寸和非晶相分布,高偏压下的涂层主要由20～50 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶及其周围弥散分布的非晶相组成,而低偏压下的涂层主要由100 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶和连续分布的非晶相组成.高偏压下制备的涂层厚度超过20μm,纳米硬度可达(34.6±14.1)GPa,具有优良的结合强度(>65 N)和抗冲蚀性能,其抗冲蚀性能相比不锈钢基体提高近8倍.结论 通过与偏压参数的匹配控制,PEMS可有效调控纳米复合涂层的组织结构,实现硬度与弹性模量的良好匹配,制备出具有优良抗冲蚀性能、厚度达到20μm以上的TiAlVSiCN纳米晶-非晶复合涂层.     

Fe基非晶/纳米晶涂层的微结构及其在H2O2溶液中的腐蚀性能

为研究强氧化环境中,显微结构和相组成对Fe基非晶/纳米晶复合涂层的腐蚀腐蚀性能的影响,采用大气等离子喷涂(APS)技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上喷涂制得具有不同微结构和相组成的Fe基非晶/纳米晶的复合涂层。采用XRD、SEM、TEM和DSC等检测方法对涂层的组织和相组成、晶化行为、晶化程度、内部的孔隙等微观结构进行表征。采用电化学法研究具有不同微结构和相组成的涂层在30%H₂O₂ (质量分数,下同)溶液中的腐蚀行为,探讨Fe基非晶/纳米晶复合涂层在强氧化环境中的腐蚀机理。研究表明,Mo₃Si和Fe₅Si₃相的形成使得涂层耐腐蚀性能明显降低。     

铁基非晶纳米晶涂层组织与冲蚀性能分析

利用高速电弧喷涂技术成功制备了FeCrBSiMnNbY系和FeBSiNbCr系非晶纳米晶涂层.采用扫描电镜、X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,重点分析了非晶的形成机制,并对涂层的高温冲蚀性能进行了研究.结果表明,FeCrBSiMnNbY系和FeBSiNbCr系涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;两种涂层结构致密,组织均匀,孔隙率含量分别为1.7%和1.2%;FeBSiNbCr系非晶纳米晶涂层具有良好的耐高温冲蚀性能,随着攻角增加,涂层冲蚀率随之增加;冲蚀温度升高,涂层耐冲蚀性能也随着提高.     

Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下的耐磨损性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了厚度约为300μm的Fe基非晶纳米晶涂层。研究了Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下,不同速度(180r/min、300r/min、600r/min、900r/min、1200r/min)、载荷(2.5N、5N、10N、20N、30N)对涂层的摩擦磨损行为。采用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和透射电镜对涂层的组织结构进行了表征,利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析。试验结果表明:Fe基非晶纳米晶涂层组织均匀、结构致密,氧化物含量和孔隙率低,主要由非晶相和纳米晶相组成;涂层具有较高的硬度(12.03GPa)和弹性模量(197.1GPa)。在载荷为30N、速度为300r/min、磨损时间为900s条件下,其相对耐磨性是3Cr13涂层的3倍。Fe基非晶纳米晶涂层的磨损失效机制为脆性疲劳剥落。     

电弧离子镀制备 TiSiN 纳米复合涂层

目的在SiH4气氛下制备Si掺杂的TiSiN纳米复合涂层,为SiH4用于工业化TiSiN涂层生产提供依据。方法采用电弧离子镀技术,在SiH4气氛下,于单晶硅和硬质合金衬底上制备Si掺杂的TiSiN纳米复合涂层,研究SiH4流量对TiSiN涂层化学组分、微观结构、硬度和耐磨性能的影响。结果 SiH4流量对TiSiN纳米复合涂层的微观结构、硬度及摩擦系数的影响明显。随着SiH4流量的增加,TiSiN涂层由柱状晶生长的晶体结构逐渐转变为纳米晶镶嵌于非晶基体的复合结构。Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,随着涂层中Si含量逐渐增加,TiN晶粒尺寸逐渐减小,Si3N4起到细化晶粒的作用。在42 m L/min的SiH4流量下,涂层硬度高达4100HV0.025。在对磨材料为硬质合金的条件下,TiSiN涂层摩擦系数小于0.6。结论 SiH4气氛下可以制备出Ti N纳米晶镶嵌于Si3N4非晶相结构的TiSiN纳米复合涂层,涂层的显微硬度较高。SiH4可以作为Si源用于TiSiN纳米复合涂层的工业化生产。     

铝基非晶纳米晶复合涂层研究

采用自动化高速电弧喷涂系统,用自行研制的粉芯丝材,在AZ91镁合金基体表面上制备出Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的微观形貌和组织结构,结果表明Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和纳米晶化相共同组成的,涂层结构致密,孔隙率约为1.8%.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的平均显微Vickers硬度值为311.7 HV0 1,结合强度为26.8 MPa.涂层的抗磨损耐腐蚀性能优于Al涂层和AZ91镁合金基体;其相对耐磨性约为Al涂层的10倍,为AZ91镁合金的6倍;其自腐蚀电位值正于Al涂层及AZ91镁合金,自腐蚀电流密度值约为Al涂层的1/2,AZ91镁合金的1/5;其腐蚀后的表面形貌比Al涂层和AZ91镁合金平整,点蚀较少.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐磨防腐综合性能优异.     

不同工艺制备铁基非晶复合涂层组织与性能研究

分别采用大功率光纤激光器与超音速等离子喷涂设备在45号钢基体表面制备Fe基非晶复合涂层。采用扫描电镜、显微硬度计、X射线衍射仪对熔覆层进行微观组织和成分的研究;并分析熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,激光熔覆涂层成型良好,无明显的孔隙、宏观裂纹等缺陷,熔覆层与基体之间为结合强度较高的冶金结合。超音速等离子喷涂涂层存在一定的气孔、微裂纹等缺陷,涂层与基体之间为机械结合,结合强度相对较弱。激光熔覆层组织为柱状晶、树枝晶和非晶共存组织。激光熔覆层内组织致密,且析出了Fe-Cr、(CrFe)_7C_3化合物等硬质相。超音速等离子喷涂涂层截面形貌为典型的层状结构,涂层的非晶含量明显高于激光熔覆涂层,但由于其内部的孔隙和微裂纹,使激光熔覆涂层耐腐蚀性能优于超音速等离子喷涂涂层。     

还原性气氛制备Zr-B-N纳米复合涂层的结构及性能分析

目的 制备高纯度、超硬、高耐磨的Zr-B-N纳米复合涂层。方法 在反应气体中掺入还原性气体H2,利用氢元素强还原性去除真空室以及反应气氛中残留的O杂质,采用脉冲直流磁控溅射技术,通过调节N2+H2混合气体流量制备高纯度Zr-B-N涂层。利用扫描电镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等设备对涂层的微观结构、力学性能和摩擦性能进行测试,并分析其变化机理。结果 随着N2+H2流量的增加,Zr-B-N涂层内N含量在N2+H2流量为10 mL/min时达到最高。从截面形貌可以看出,涂层结构由粗大的柱状晶逐步转变为玻璃状细小柱状晶结构,涂层更加致密,呈现典型的纳米复合结构。微量H元素的掺入,减少了涂层制备过程中O相关化学键的生成,制备出的Zr-B-N涂层晶粒的生长环境得到改善。在N2+H2流量为 10 mL/min时,涂层的硬度和弹性模量达到最大值40.26 GPa和532.98 GPa,临界载荷最大约为60.1 N,摩擦系数较小,为0.72,磨损率在此时最低,为1.12×10^–5mm³/(N.m)。结论 当N2+H2流量为10 mL/min时,制备出了超硬Zr-B-N纳米复合涂层。适量氢元素的掺入,充分去除真空室内氧杂质,改善了涂层中晶粒的生长环境,有效地提高涂层的硬度及摩擦磨损性能。     

N掺杂对V-Al-C涂层微观结构、力学及摩擦性能的影响

采用磁控溅射技术在Si片(100)和高速钢上制备V-Al-C和V-Al-C-N涂层,利用XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对比分析了涂层的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构、力学性能以及不同介质中(大气、去离子水和海水)涂层的摩擦学性能。结果表明,V-Al-C涂层呈柱状晶结构生长,晶粒粗大;N的引入阻碍V-Al-C涂层的柱状晶结构生长,结构致密化,晶粒尺寸减小,形成非晶碳包裹纳米晶的纳米复合结构,使硬度从(14±0.48)GPa增加到(24.5±0.8)GPa,韧性得到大幅提高(H/E0.1)。大气干摩擦条件下,V-Al-C涂层摩擦系数为0.70,引入N后摩擦系数降为0.42,这主要是由于在摩擦过程中V-Al-C-N涂层生成了具有润滑效果的V_2O_5,在非晶碳与V_2O_5耦合润滑作用下,涂层摩擦系数降低了40%;对于同一涂层,在去离子水和海水环境下的摩擦系数较大气干摩擦条件下降低,主要原因为:前者吸附的水分子可形成边界润滑作用。海水环境摩擦时,海水中Mg~(2+)、Ca~(2+)生成Mg(OH)_2、CaCO_3,均可提供进一步润滑效果,摩擦系数最低。3种环境摩擦过程中,30 min后V-Al-C涂层均因严重的磨粒磨损致磨穿而失效,且在腐蚀和磨损的协同作用下,海水环境中的磨损率最高。使用N掺杂制备的V-Al-C-N涂层均显示出良好的抗磨损性能,在干摩擦时磨损率为3.0×10~(-16)m~3/(N·m),在海水中为1.4×10~(-15)m~3/(N·m)。     

氮气流量对AZ31B镁合金表面MAO/TiN涂层性能的影响

为了提高镁合金的装饰性及耐腐抗磨性能,采用微弧氧化(MAO)和多弧离子镀技术制备了MAO/TiN复合涂层。利用SEM、XRD、纳米压痕仪及电化学工作站等考察氮气(N_2)流量对涂层结构及性能的影响。结果表明:随着N_2流量的增加,TiN涂层的颜色由淡黄色到金黄色再到红黄色变化,涂层表面的熔滴粒子数量增多,大尺寸颗粒数量减少,膜层更致密;涂层硬度和耐腐抗磨性能先增大后降低;当N_2流量为130 mL/min时,涂层表现出较高的硬度(13.6 GPa)、较低的磨损量(0.8 mg)和自腐蚀电流密度(约1.6μA/cm~2)。N_2流量通过控制涂层中N/Ti原子的比例决定了涂层的颜色、微结构、物相组成及性能,涂层内部的孔隙、微裂纹等结构缺陷是导致涂层耐腐抗磨性能较差的关键因素。