表面膜对点阵结构Ti6Al4V表面超疏水特性的影响

采用激光加工在Ti6Al4V试样表面加工不同间距的点阵结构,采用自组装技术制备4种自组装分子膜。通过表面形貌和接触角的测量表征试样的表面特性。结果表明:通过激光点阵加工和沉积自组装分子膜,可显著增加Ti6Al4V试样的水接触角。长链分子FDTS、FOTS和OTS制备的自组装分子膜,使Ti6Al4V试样的接触角均大于150?,形成超疏水表面,其中沉积FDTS自组装分子膜时,试样的接触角最大,可达164.5?。沉积短链分子MPS自组装分子膜时,只有当激光加工间距为50μm时,试样方可形成超疏水表面;间距增大后,试样表面变成疏水表面。沉积4种自组装分子膜时,试样的接触角均随激光点阵加工间距的增大而减小。     

激光表面纹理加工对Ti6Al4V空蚀性能的影响

采用激光表面改性的方法对Ti6Al4V合金进行纹理加工。采用表面粗糙度测试仪、接触角测量仪和X射线衍射仪对激光纹理加工试样的表面特性进行表征,采用磁致伸缩超声振动仪对试样的抗空蚀特性进行测试,采用光学显微镜和扫描电子显微镜对试样空蚀前、后的表面形貌进行观测。结果表明:经激光表面纹理加工,试样的硬度由337HV提高到550HV,水接触角增大10°;激光纹理加工试样的抗空蚀特性有所改善,特别是对于具有较小间距网格形状的表面纹理试样,其表面空蚀面积的比例小于抛光试样的1/10;激光纹理加工试样的抗空蚀特性的改善与硬度梯度效应、缓冲空泡运动和限域作用等效应相关。     

Ti6Al4V合金热浸镀铝的空蚀行为研究

采用热浸镀法在Ti6Al4V合金表面制备Ti Al3涂层,并在550℃真空保温5 h。对热浸镀后材料与Ti6Al4V合金进行了空蚀试验对比。通过X射线衍射仪、扫描电镜及显微硬度测量等手段研究了涂层的组织形态和耐空蚀性能。结果表明:热浸镀铝比Ti6Al4V合金空蚀累积质量损失低,具有更好的抗空蚀性能,这与Ti6Al4V合金表面形成的Al3Ti的强化作用有关。热浸镀铝和Ti6Al4V合金空蚀20 h后横截面显微硬度都降低,发生了加工软化现象,使得材料表面逐渐脱落。     

疏水/超疏水Ti合金表面液滴的运动特性

采用激光加工技术在Ti6Al4V合金表面构建点阵微结构,利用自组装分子膜技术在微结构表面沉积低表面能物质,制备疏水/超疏水表面。采用自制测试系统测试液滴在试样表面的静态接触角和滚动角,用高速摄像机拍摄液滴滴落到试样表面的运动过程。结果表明,经激光加工和低表面能修饰可构建Ti6Al4V疏水/超疏水表面,其最大接触角为151.4°,表面静态接触角随点阵间隔的增大而减小;液滴静态接触角与液滴滴落高度相关,同一表面上的液滴静态接触角由最后一次滴落高度决定。液滴滴落到水平试样表面的铺展系数由试样表面粗糙度和静态接触角决定,表面粗糙度和静态接触角越大,液滴铺展系数越小。当滴落高度从0 mm增大到20 mm时,铺展系数的增大幅度约为50%。     

基于激光加工和自组装技术改性处理铝镁合金的表面润湿性

为制备具有更高机械强度和更长使用寿命的超疏水金属表面,利用激光加工技术在铝镁合金表面构建出圆台凸起、圆台凹坑和正四棱台3种微结构。利用自组装技术在具有以上3种微结构的铝镁合金表面沉积自组装分子膜(SAMs),采用扫描电镜、形貌分析仪和接触角测量仪对成膜后的铝镁合金表面进行形貌和接触角的表征与测量。结果表明:沉积疏水的FDTS和OTS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而减小,随微结构高度的增大而增大,最大接触角达156°,形成超疏水铝镁合金表面;沉积亲水的APS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而增大,随微结构高度的增大而减小,最小接触角接近0°,形成超亲水铝镁合金表面;激光加工和自组装技术可以大幅度改变铝镁合金的表面润湿性。     

超疏水钛合金表面制备及其抗海洋生物附着性能

为提高钛合金抗海洋生物附着性能,采用激光刻蚀技术在Ti6Al4V合金表面构建不同间距的微米级点阵结构,利用聚合物基纳米复合材料构建微/纳双层结构,制备超疏水Ti6Al4V合金表面。用光学显微镜和扫描电镜表征其形貌;用接触角测量仪测量试样的表面接触角;用浅海挂板的方法测试试样的抗海洋生物附着污损性能。结果表明,具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面为疏水表面。随着点阵间距的减小,接触角增大。当间距为50μm时,接触角可达131.8o,但试样的表面滚动角较大,将试样竖直甚至翻转,水滴都不滚落;具有微/纳双层结构的Ti6Al4V合金表面为超疏水表面,且随着点阵间距的减小接触角增大,滚动角减小。当间距为50μm时,接触角达163.8o,滚动角仅为1.89o。具有微/纳双层结构的超疏水Ti6Al4V合金表面抗海洋生物附着污损性能显著优于抛光Ti6Al4V合金表面及具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面。     

Ti—Al—N薄膜的性能及应用

利用多弧离子沉积技术在W18Cr4V高速钢表面沉积（Ti,Al）薄膜,实验结果表明（Ti,Al）N薄膜的硬度和抗氧化性能明显优于TiN薄膜,（Ti,Al）N膜层刀具的寿命大大高于TiN膜层刀具。     

基于自组装技术改性处理钛金属的摩擦学特性研究

为了使钛金属应用于具有相对运动的摩擦副,采用自组装技术对钛金属表面进行改性处理,并对制备的试样进行紫外照射.利用接触角测量仪、原子力显微镜和微摩擦磨损试验机对制备的试样进行表征和摩擦学特性测试,探讨不同方法进行钛金属表面羟基化的作用效果,并分析载荷、滑动速度以及紫外照射对试样摩擦学特性的影响.结果表明:Piranha溶液结合紫外照射能有效地提高钛基底的羟基化程度,经FOTS(Perfluorooctyltrichlorosilane)自组装分子膜改性处理的钛金属表面平整均匀,具有疏水特性和良好的摩擦学性能.Si_3N_4球与FOTS自组装分子改性处理试样间的摩擦系数随载荷和滑动速度的增大而增大.紫外照射5 min可有效地提高FOTS自组装分子膜改性处理的效果,在降低摩擦系数的同时,薄膜也具有良好的耐久性.     

Ti6Al4V合金表面类金刚石多层膜的耐蚀及摩擦磨损性能

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V合金表面制备类金刚石多层膜,采用原子力显微镜和纳米压痕仪观测其表面形貌及硬度;采用微磨粒磨损试验机及三电极电化学测试系统考察类金刚石多层膜在模拟体液环境中的摩擦学和耐蚀性能,并与Ti6Al4V合金进行对比。结果表明：类金刚石多层膜由致密分布的纳米颗粒组成,表面粗糙度为4.86 nm,硬度和弹性模量分别为54.82和342.27 GPa;在模拟体液中类金刚石膜显著提高了Ti6Al4V合金的抗磨能力和减摩性能,其磨损率仅为Ti6Al4V合金磨损率的11.7%~22.6%。随着载荷增加,Ti6Al4V合金和类金刚石膜的腐蚀电位降低,腐蚀电流增加;类金刚石多层膜可有效提高Ti6Al4V合金的耐蚀能力。     

OTS自组装分子膜改性处理钛金属的摩擦学特性研究

采用自组装技术对钛金属表面进行改性处理，并对制备的试样进行紫外照射；用原子力显微镜对试样的表面形貌进行表征；用微摩擦磨损试验机测试OTS自组装分子膜改性处理的钛金属表面的摩擦学特性，并研究了紫外照射处理的影响。结果表明：经OTS自组装分子膜改性处理的钛金属表面平整均匀，且摩擦学特性显著改善，摩擦因数小于钛基底；紫外照射可有效地提高OTS自组装分子膜改性处理的效果，减小了有机杂质的粘着效应；钢球与OTS自组装分子改性处理试样间的摩擦因数随载荷的增大而增大，这取决于边界润滑膜是否发生失效。     

Water Droplet and Cavitation Erosion Behavior of Laser-Treated Stainless Steel and Titanium Alloy: Their Similarities

This article deals with water droplet and cavitation erosion behavior of diode laser-treated X10CrNiMoV1222 stainless steel and Ti6Al4V alloy. After laser surface treatment, the water droplet and cavitation erosion resistance (WDER and CER) of these materials improved significantly. The main reason for the improvement is the increased surface hardness and formation of fine-grained microstructures after laser surface treatment. It is observed that there is a similarity in both the phenomena. The WDER and CER can be correlated with a single mechanical property based on modified ultimate resilience (MUR) provided the laser-treated layers are free from microcracks and interface defects. The CER and WDER behavior of HPDL-treated X10CrNiMoV1222 stainless steel and Ti6Al4V alloy samples using different test equipment as per ASTM G32-2003 and ASTM G73-1978, their correlation with MUR, and their damage mechanism compared on the basis of XRD analyses, optical and scanning electron micrographs are discussed and reported in this article.     

Cavitation Erosion Behavior of HPDL-Treated TWAS-Coated Ti6Al4V Alloy and Its Similarity with Water Droplet Erosion

Twin wire arc-sprayed (TWAS) coating of commercially available SHS 7170-cored wire was obtained on Ti6AL4V alloy, and to improve its properties, it was further surface treated with high-power diode laser (HPDL). The cavitation erosion (CE) resistance of TWAS-coated samples was evaluated as per ASTM G-32-2003 and it was compared with laser-treated and untreated Ti6Al4V alloys. The CE resistance of TWAS-coated SHS 7170 samples after HPDL treatment has improved significantly. The main reasons for its improvement are elimination of pores, increased fracture toughness, reduced hardness, and brittleness. The CE resistance of HPDL-treated TWAS coating is compared with water droplet erosion resistance. It is observed that there is a similarity in the both the phenomenon.     

High Power Diode Laser Surface Treatment to Minimize Droplet Erosion of Low Pressure Steam Turbine Moving Blades

This article deals with the high power diode laser (HPDL) surface treatment to overcome water droplet erosion of Low Pressure Steam Turbine (LPST) moving blades used in high rating conventional, critical and super critical thermal power plants. The materials generally used in these steam turbines are titanium alloy (Ti6Al4V), precipitate hardened stainless steel (17Cr-4Ni PH), X20Cr13 and X10CrNiMoV1222 steels. During incubation period as well as under prolonged testing, the HPDL surface treatment of these materials except for 17Cr-4Ni PH steel has enhanced the droplet erosion resistance significantly. This is due to increased hardness and formation of fine-grained martensitic phase due to rapid heating and cooling rates associated with laser treatment. The droplet erosion results of HPDL laser surface treatment of all these materials and their analysis form the main part of the article.     

金属表面席夫碱缓蚀剂自组装膜的制备及性能研究现状

席夫碱是由伯胺与活性羰基缩合而成的含有甲亚胺活性基团-RC=N-的一类有机化合物,能在金属表面发生化学吸附反应而形成结构稳定、排列紧密有序的自组装膜(SAMs);SAMs是一种有缓蚀性能的单分子膜,对基底金属有良好的防腐蚀作用.本文综述了近年来席夫碱类自组装膜的制备方法及自组装膜的表征技术,进一步概述了分子模拟及拓扑结...     

钛合金圆环工件表面合金化及其滚动摩擦性能研究

采用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金圆环工件表面制备Mo渗镀改性层,将其与未渗Mo处理的Ti6Al4V合金在模拟实际工况条件下进行油润滑的滚动摩擦对比试验,比较二者的磨损情况,并分析磨损机理。结果表明,Ti6Al4V合金表面进行渗Mo处理后,形成了均匀、致密且高硬度的Mo基改性层。Ti6Al4V合金表面渗Mo后,硬度由渗层到基体呈梯度分布。滚动摩擦试验表明,渗Mo处理后表面无减摩效果,但磨损量大大减小,耐磨性得到有效改进。通过对磨损形貌的分析可知,表面渗Mo处理后磨损机理主要以磨粒磨损为主,而基材是磨粒磨损和粘着磨损。     

钛合金空蚀损伤及防护的研究进展

钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优势,被广泛应用于诸多工程领域。由于钛合金存在表面硬度低、耐磨性差等缺点,导致其在过流部件中容易发生空蚀损伤,会降低钛合金构件的使用寿命,因此针对钛合金空蚀损伤行为及其防护措施的研究显得极为重要。概述了空蚀现象的作用机理和理论模型,详细介绍了材料自身的力学性能、表面状态、介质类型和溶液温度等对钛合金空蚀行为的影响,着重讨论了针对钛合金空蚀损伤的多种应对措施,如热处理、激光纹理加工、激光气体氮化、化学热处理、离子注入、添加缓蚀剂等技术,总结了相应方法提高钛合金抗空蚀性能的具体原因。其中,热处理技术通过改变钛合金自身的显微组织来提高其抗空蚀性能;激光气体氮化工艺可在钛合金表面形成硬质TiN相,以抵御空泡溃灭时的冲击;化学热处理技术在钛合金表面生成了致密的陶瓷层+固溶扩散层,缓解了空泡的溃灭能,延长了空蚀的孕育期;离子注入技术依靠注入离子在钛合金材料表面产生固溶强化、位错增值强化等效果,降低其空蚀损伤。最后对钛合金空蚀及防护研究的发展方向提出了展望。