NiCr过渡层对高速火焰喷涂WC-Co涂层摩擦磨损性能及疲劳磨损性能的影响

WC-Co涂层作为一种性能优异的涂层,逐渐被应用于轧辊的表面防护,目前大量实验研究的有热喷涂、激光熔覆制备WC-Co涂层。本文提出用高速火焰喷涂(HVOF)在常用轧辊材料Q235钢表面制备WC-Co涂层,同时在WC-Co涂层和基体之间加入NiCr过渡层。利用SEM、XRD、摩擦磨损测试、疲劳磨损测试等测试方法,对涂层形貌结构以及各项性能与无过渡层涂层进行对比研究。结果表明,加入NiCr过渡层后,WC-12Co+NiCr、WC-10Co-4Cr+NiCr涂层硬度分别为1059.64 HV_0.3、1016.96 HV_0.3,比WC-12Co涂层(960.01 HV_0.3)、WC-10Co-4Cr涂层(1012.20 HV_0.3)更高。WC-12Co+NiCr涂层的磨损率(5.19×10^-15 m³·(N·m)^-1)远低于WC-12Co涂层(6.59×10^-15 m³·(N·m)^-1     

等离子表面冶金铁基合金层磨粒磨损机理

 采用等离子表面冶金技术,在Q235钢表面获得铁基冶金层,并对其进行磨粒磨损实验。实验结果表明,冶金层耐磨性比淬火45号钢有较大提高。等离子表面冶金层磨粒磨损机制主要为两种类型：①塑性变形－切削;②断裂－剥落。磨损过程为两种机制综合作用的结果,冶金层组织对磨粒磨损机制有显著影响。     

Adhesion Behaviour,Nanohardness and Surface Roughness of Ti–6Al–4V–6B<Subscript>4</Subscript>C Thin Films Grown on AISI 1040 Steel

The nanohardness of Ti–6Al–4V–6B₄C thin film coated AISI 1040 steel were investigated using nanoindentation based on an AFM measurement technique. Thin films of Ti–6Al–4V–6B₄C were grown by the magnetron sputtering deposition method. X-ray diffraction analysis revealed that the deposited thin films were highly purified. The nanohardness of 18, 14 and 11.3 GPa were obtained for the coating of Ti–6Al–4V–6B₄C, Ti–6Al–4V, and bare substrate respectively. The surface roughness (R_a) of 0.5 and 1 h coating were 3.39 and 15.74 nm respectively. The results showed that the B₄C particles had a significant effect on the microstructural and mechanical properties of the coatings. The Ti–6Al–4V–6B₄C coating was obtained for a coating thickness of 40 and 100 nm for 0.5 and 1 h coating time respectively. In the meantime, the respective coating thickness of Ti–6Al–4V was obtained as 30 and 80 nm for 0.5 and 1 h coating time respectively. Strong adhesion was observed between the Ti–6Al–4V–6B₄C coating and AISI 1040 steel substrate than Ti–6Al–4V samples. The adhesion mechanism between the Ti–6Al–4V–6B₄C coating, AISI 1040 steel substrate, and the interfacial structure were studied by using scanning electron microscope (SEM). The use of Ti–6Al–4V–6B₄C coating could be a novel technique for developing high-performance applications due to excellent adhesion and nanohardness.     

Ti6Al4V合金表面火焰喷焊W_xC涂层耐磨性分析

采用"一步法"火焰喷焊技术在Ti6Al4V合金表面制备出由Ni60过渡层和W_xC+Ni60强化层组成的喷焊层。喷焊层在氩气气氛中冷却,避免了涂层的氧化。过渡层与基体结合良好,没有孔洞等缺陷;强化层中碳化钨颗粒呈弥散分布,与过渡层界面处存在大量的孔洞。喷焊层硬度为12. 3 GPa,相比基材,硬度提高了近3倍,摩擦系数降低60%以上。喷焊层与GCr15和Si_3N_4对磨后,对磨副GCr15和Si_3N_4磨损严重,而喷焊层无明显磨损,表现出优异的耐磨性。     

TiAl涂层对Ti3Al合金的热腐蚀防护

利用磁控溅射的方法在Ti3Al合金上溅射Ti-48Al-8Cr-2Ag涂层,研究涂层对Ti3Al合金热腐蚀行为的影响。热腐蚀采用浸盐法,在900℃25%Na2SO4+75%K2SO4熔盐中进行,利用带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)对腐蚀膜进行观察分析。结果表明,在熔盐热腐蚀中,Ti3Al合金表面发生大面积脱落,而涂层试样表面腐蚀膜结合牢固。涂层对基体具有很好的防护作用。     

海绵钛还原蒸馏反应器外表面金属基防护涂层研究

应用热喷涂技术制备的海绵钛还原蒸馏反应器外表面金属基防护涂层由高cr合金底层和Al-Si合金面层组成。在海绵钛生产使用条件下,在金属基防护涂层之中以及涂层与基体金属之间发生合金元素的扩散,原位生成氧化铬,从而提高了涂层与基体金属的结合强度;涂层中的氧化铬与涂层表面的氧化铝共同作用,有效地减缓了高温氧化的发展,为反应器的钢铁基体提供有效的抗氧化防护。经过13个炉次生产过程的现场试验结果表明,金属基防护涂层对反应器的钢铁基体提供了非常有效的高温保护。     

热喷涂铁基非晶涂层喷涂工艺及耐磨性能的试验研究

采用超音速火焰喷涂技术在Q 235钢基体上制备致密的铁基非晶涂层,对非晶涂层的喷涂工艺和涂层的耐磨性能进行了研究。采用正交实验方法研究喷涂中煤油量、氧气量、送粉率对涂层性能的影响规律并对比分析涂层孔隙率、硬度和结合强度。采用扫描电子显微镜表征粉末及涂层的结构形貌及摩擦表面形貌,通过X射线衍射仪对涂层的物相和非晶含量进行分析,采用摩擦试验机分析对比涂层与钢基体的耐磨损性能并讨论了失效类型。实验结果表明在最佳工艺参数下涂层孔隙率、洛氏硬度和结合强度分别为0.14%、68.1 HRC、70.7 MPa,无明显裂纹和缺陷。和Q 235钢对比,涂层的摩擦系数更为稳定,磨损量更小,涂层磨损机制为疲劳磨损和粘着磨损并伴随轻微脆性剥落。     

铝镁及稀土铝镁电弧喷涂涂层的耐腐蚀性能研究

采用电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了Al-Mg和Re-Al-Mg涂层,分别研究了这两种涂层的耐腐蚀性能,利用中性盐雾试验及电化学测试等试验方法研究了两种涂层的防腐蚀性能并通过扫描电子显微镜分析了Al-Mg和Re-Al-Mg涂层腐蚀前后的微观组织形貌,并讨论了涂层的结构及耐蚀机理,结果表明两种涂层在极化过程中都出现了明显的钝化现象,两种涂层在腐蚀过程中表面都会生成一层氧化膜,起到了物理屏蔽作用延缓了涂层的腐蚀速率,但稀土铝镁合金涂层的防腐蚀性能明显优于铝镁合金涂层,这是由于稀土元素的加入,降低了涂层的孔隙率,使涂层具有了良好的耐腐蚀性能。稀土铝镁合金涂层在中性盐雾试验中表现出的腐蚀速率是最慢的,电化学试验过程中其表现出钝化区域最大,具有良好的腐蚀与防护性能。     

(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N多层涂层的物理及力学性能研究

借助EPMA、XRD、SEM、纳米压痕、EDX、RockwellA压痕、强度测试和切削实验研究了采用磁控溅射法在硬质合金基体上沉积的（Ti，AI）N单层和TIN／（Ti，AI）N多层涂层的物理和力学性能。研究结果表明：两种涂层均与基体结合紧密，（Ti，AI）N为面心立方结构；TIN／（Ti，AI）N多层涂层具有更高的硬度、更低的脆性和更好的切削性能。     

几种热喷涂封严涂层的冲蚀磨损行为研究

抗冲蚀性能是可磨耗封严涂层的重要性能之一。本文采用氧-乙炔火焰喷涂技术,在45#钢基体上分别制备了CuAl复合涂层、NiCr-Al复合涂层和NiCrFe/Al(基)复合涂层。利用自制的冲蚀试验机,研究了三种涂层在不同角度下的冲蚀行为,对冲蚀后涂层的表面形貌以及截面形貌进行了SEM观察,结果表明:相同工艺参数制备的三种涂层,CuAl复合涂层抗冲蚀性能最好,NiCr-Al复合涂层次之,NiCrFe/Al基复合涂层性能最差,软性材质hBN的加入不利于涂层抗冲蚀性。冲蚀角度对涂层的冲蚀磨损行为特征有显著影响。低冲蚀角度涂层的磨损行为主要表现为显微切削和疲劳剥落;高冲蚀角度时涂层的磨损行为主要表现为片状剥落。     

两相流抗磨蚀合金喷熔层的耐磨性

 采用氧 乙炔火焰喷熔工艺在45号钢表面喷覆两相流抗磨蚀合金(NiCrWCe)喷熔层，用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了这种喷熔层的显微组织结构、物相组成和性能，并对喷熔层的耐磨性进行了试验研究。结果表明：两相流抗磨蚀合金喷熔层与基体形成了牢固的冶金结合，结合层中含有较高比例的硬质相；稀土可显著提高喷熔层的耐磨性；在试验条件下，两相流抗磨蚀合金喷熔层的耐磨性明显高于ZGCr5Mo及Cr18Ni12Mo2Ti合金。     

非晶态Ni-B合金镀层的组织结构和耐蚀性的实验研究

用金相显微镜、电子探针、X射线衍仪和全浸腐蚀实验方法研究化学镀Ni-B合金层的组织结构和耐蚀性,并与晶态Ni-P合金镀层和Q235钢基体进行对比。实验结果表明,非晶态Ni-B合金镀层在硫酸溶液中具有较好的耐蚀性。     

超高速激光熔覆316L涂层的组织与性能

采用超高速激光熔覆技术,在45钢轴上制备了316L涂层;利用扫描电镜(SEM)观察了涂层的显微组织,用能谱仪(EDS)和X-射线衍射(XRD)进行元素及物相分析,并测试了涂层的显微硬度和耐磨性。结果表明,超高速激光熔覆技术的光斑直径小、搭接率高,故涂层的平整度高;能量密度高(约9×10⁴W/cm²),粉末完全熔化,故涂层的致密度高;熔体的体量小,冷热转换速度快,过冷度△T大,晶粒细化明显;涂层中下部由快速凝固产生的细小枝晶以及枝晶间共晶相组成,中上部的晶粒逐渐向等轴晶粒转变;搭接分界处和熔覆层/基材界面处,两边的晶粒尺寸差异较大;激光对基材有一定的稀释作用;涂层厚度不均匀,与基材结合良好,为冶金结合;316L涂层物相由γ-Fe、Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11、Fe₆₃Mo₃₇组成;由于细晶强化和第二相强化机制,316L涂层的平均硬度(634.12HV_0.5)是45钢基体的3.07倍;耐磨性提高了31.8%,其...     

45钢/25Cr5MoA/Q235钢固-固复合轴界面特性

采用热挤压方法制成45钢/25Cr5 MoA/Q235钢三层结构的复合轴,研究了结合界面的组织、Cr元素扩散和结合性能.结果表明:采用热装方式制成的25Cr5 MoA/Q235钢固-固复合坯料,在界面形成一定厚度的氧化皮,即使经过挤压和热处理后,也无法彻底消除结合界面氧化皮对结合性能的影响;采用间隙配合的25Cr5 MoA/45钢固-固复合界面,由于在挤压前经过良好的表面处理,挤压后的界面几乎没有氧化物存在,形成了较为完整的过渡区,经过高温保温过程,在结合界面会形成Cr的碳化物,对Cr和C的扩散起到阻碍作用;经过挤压后,25Cr5 MoA/Q235钢、25Cr5 MoA/45钢结合界面的结合强度均比较低.与复合板相比,复合轴结构上所具有的特点,使其即使初期结合强度较低,也不易产生剥离;经过后续热处理,通过元素的扩散过程,可以提高复合轴的结合强度.     

热处理过程中纯锌镀层的组织转变和表面氧化

采用FE-SEM,EPMA和XRD等分析了纯锌镀层在加热过程中的组织转变和表面氧化。试验结果表明:GI镀层在较低温度加热后,厚度相对原始镀层没有改变,镀层与基板界面明显,高于800℃加热后,镀层厚度大幅增加,镀层/基体界面并不清晰;500℃加热后镀层组织为ζ相和δ相;随着加热温度升高,镀层组织转变为含铁量更高的Γ1相、Γ相和α-Fe(Zn);900℃加热后镀层几乎全为α-Fe(Zn),只在表面存在少量的Γ相;镀层中的铝随着加热温度升高逐渐向镀层表面迁移,900℃加热后铝完全迁移至镀层表面,形成连续的氧化铝层;低温加热后镀层表面只有很少的Fe-Zn相和氧化物。随着加热温度升高,表面的氧和铝含量增加,锌含量降低。900℃加热后,镀层表面存在Γ相、Al2O3和ZnO。     

Effect of Laser Power on Microstructure and Wear Resistance of WCP/Ni Cermet Coating

Laser cladding nickel-based alloy coating （Ni60） and nickel-based composite coating doped with WC particles by 35 % （WCp/Ni） were produced on the low-carbon steel substrate by CO2 continuous wave laser with power of 5 kW using the injected powder technique. The effect of laser power on microstructure and wear resistance of laser cladding WCp/Ni cermet coating was investigated. The WCp/Ni alloy coating with evenly distributed WC ceramic phases and the better bond with the substrate alloy was obtained at a power of 2.2 kW. Diffusion solution reaction happened between WC particles and the substrate alloy during laser cladding, and led to the formation of block rich-tungsten carbide on the edges of the WC particles, especially at higher power. The WCp/Ni alloy coating consists of the undissolved WC particles, the block or dendritic rich-tungsten carbide, the bar-like rich-chromium carbide, and dendrite solid solution and eutectic structure among the carbides. Microhardness and wear resistance of the WCp/Ni coating at different powers were much higher or better than those of Ni60 alloy coating, and the best results were obtained at power of 2.2 kW.     

钛钢复合板的组织与结合界面研究

进行了TA1/Q235的累积叠轧焊试验,研究了TA1/Q235复合板结合界面组织和Ti,Fe元素的扩散情况.研究结果表明:在实际轧制中要严格控制夹杂的含量,并要采用低温大变形加工、低温累积叠轧的钢-钢结合完全接近基体组织,TA1/Q235的结合机制为裂口结合机制,Ti元素比Fe元素扩散强烈.     

累积叠轧焊强化金属材料的力学性能

在多功能热轧机上对广泛应用的代表性金属材料Q235碳素钢和L2铝分别进行了累积叠轧焊实验,重点研究了变形温度、累积叠轧次数和压下量对金属材料强度、应力-应变曲线、显微硬度、塑性的影响规律,分析了规律形成的原因.结果表明Q235碳素钢和L2铝在不加入任何强化元素的情况下完全可以达到良好的自身结合,材料的抗拉强度得到提高,金属材料的塑性分别有不同程度的下降.     

等离子合金化AlCoCrCuFe_xMnNi高熵合金涂层的组织与性能

在45#钢基体上采用等离子束合金化法制备AlCoCrCuFe_xMnNi高熵合金涂层。采用SEM,EDS,XRD等研究高熵合金涂层的组织,利用显微硬度计测试涂层的显微硬度分布。结果表明:采用等离子束合金化Al,Co,Cr,Cu,Mn和Ni等摩尔单质金属粉,在等离子束作用下45#钢基材中的Fe元素参与表面合金化,形成了厚度约为1 mm的AlCoCrCuFe_xMnNi七主元高熵合金涂层,涂层主要由BCC结构的枝晶和FCC结构的枝晶间组织组成。另外,还有σ相主要分布在枝晶间,涂层从表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化。涂层的维氏显微硬度(HV0.2)达到670~400的梯度分布。     

CeO2对不锈钢基SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层性能的影响

采用高温熔烧法于1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面制备掺CeO2的SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层,研究了不同含量CeO2对涂层的抗氧化性、抗热震性和硬度的影响。研究结果表明,含CeO2的不锈钢基SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层能有效阻止不锈钢基体的氧化增重,提高涂层的抗热震性能及硬度。本实验条件下,CeO2含量2.8%时,涂层具有最好的抗氧化性能和抗热震性能。