石墨烯含量对陶瓷层微观结构及耐蚀性能的影响

通过在Na_2SiO_3-KOH基础电解液中加入石墨烯添加剂,研究了石墨烯含量对镁锂合金表面含碳陶瓷层形貌、物相组成以及厚度等的影响。采用电化学极化曲线和阻抗谱方法研究了镁锂合金表面含碳陶瓷层在3. 5%NaCl溶液中的腐蚀过程。其结果表明,随着石墨烯含量的升高,含碳陶瓷层表面微孔分布趋于均匀,其陶瓷层厚度和致密性也得到明显的提高。含碳陶瓷层主要由SiO_2,Mg_2SiO_4以及MgO物相组成,而石墨烯则以机械形式弥散分布于表面陶瓷层中。在3. 5%NaCl溶液中浸泡30 min后,未添加石墨烯制备的陶瓷层自腐蚀电流密度为3. 12×10~(-6)m A·cm~(-2),自腐蚀电位为-1. 623 V;而当石墨烯含量为10 ml·L~(-1)时,制备的含碳陶瓷层自腐蚀电流密度和自腐蚀电位则分别降低到2. 69×10~(-7)mA·cm~(-2)和-1. 568 V。阻抗谱数据表明陶瓷层的阻抗模值随着石墨烯含量的升高呈现出先增加后降低的趋势,且陶瓷层的耐蚀性主要由致密层特性决定。     

H13钢表面激光熔覆原位生成WC增强Ni60梯度涂层的组织及性能

在H13钢表面采用激光熔覆技术制备了WC增强Ni60梯度涂层,使用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、万能摩擦磨损实验机对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析。结果表明,WC增强Ni60梯度涂层气孔、裂纹缺陷较少,能够与基体形成良好的冶金结合。梯度涂层表面物相主要有铁碳化合物(Fe_xC)和铁镍固溶体((Fe, Ni)₂₃C₆、Ni₄B₃)以及WC、W₂C、Cr₇C₃等陶瓷增强相。制备的梯度涂层使模具钢表面的硬度和耐磨性得到了显著提高,其表面显微硬度最高值约为基体的4倍,磨损量仅为基体的18%左右,磨损机理主要为粘着磨损、脆性剥落和磨粒磨损,能够延长模具的使用寿命,减少资源的浪费。     

Y2O3对AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235钢基体表面分别制备出添加不同质量分数Y₂O₃的AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用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AlCoCrFeNi高熵合金涂层的微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:AlCoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构（FCC）和体心立方结构（BCC）两相构成;随着Y₂O₃质量分数的提高,其体心立方结构相体积分数增加,而面心立方结构相的体积分数变化呈相反趋势。AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织由等轴晶构成,加入Y₂O₃后,促进了熔池流动,使气孔逐渐消失,致密性提高,晶粒明显细化。添加质量分数5%Y₂O₃的涂层组织呈树枝晶状,形成弥散分布的YAl₂和Y₂O₃相;涂层的显微硬度可达HV 350,约为AlCoCrFeNi高熵合金涂层硬度的2倍,强化效果明显。Y₂O₃的添加有利于促进涂层中体心立方相的形成和YAl₂相的析出,能有效提高高熵合金涂层的硬度及耐磨性能。     

硅钢高温氧化铁皮的显微结构表征

利用电子探针面分析、状态分析及电子背散射衍射相分析技术研究硅钢高温氧化铁皮的显微结构。电子探针面分析可以直观的看出元素的分布状态,初步判断氧化铁皮的结构,而状态分析可以准确表征常规氧化铁皮中铁元素的状态,对于合金元素富集区域则通过电子背散射衍射相分析技术来标定。结果表明,高温氧化铁皮的结构主要有4层,即最外层为厚度约为10 μm的Fe₂O₃相,次外层为Fe₃O₄相,中间层为FeO相上分布有颗粒状的Fe₃O₄相,最内层为FeO相和Si元素富集的Fe₂SiO₄相。其中Fe₂SiO₄层的分布特征与加热温度密切相关:1 100 ℃时,Fe₂SiO₄相呈颗粒状,弥散分布在FeO层;1 200 ℃时,Fe₂SiO₄相呈液态,侵入基体和疏松的FeO层,且沿着FeO晶界呈网状分布。     

Si对Ti3SiC2/Al复合材料的摩擦性能影响

MAX相因其独特的晶体结构和优良的自润滑性能受到广泛的关注,作为新型固体润滑剂添加到金属基复合材料可获得良好的摩擦磨损性能.采用铝粉、硅粉、Ti₃SiC₂粉为原材料,通过冷压成型无压烧结法制备了Ti₃SiC₂增强铝硅基复合材料.研究发现,复合材料的组成物相除Al、Si及外加Ti₃SiC₂相之外,在烧结的过程中生成了Al₂O₃和Al₄C₃随着硅元素含量质量分数的增加,大的圆球形Ti₃SiC₂逐渐减小,摩擦系数和磨损失重均呈现先减小后增大的规律.当硅的含量为12.5 %时,摩擦系数最低,其值为0.18,磨损失重也达最低;随着硅含量的增加,材料的硬度先增大后趋于平缓,致密度呈线性下降趋势.通过磨损表面SEM分析初步揭示了金属基自润滑的机理,复合材料的磨损机制为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损并存.      

Ni-SiO2复合镀层电沉积制备及组织性能研究

利用直流电沉积方法在Zr-4合金表面制备了Ni-SiO₂复合镀层,采用场发射扫描电镜、显微硬度计、电化学工作站、摩擦磨损试验机等研究复合镀层的表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性及摩擦磨损性能。研究结果表明:与单一的Ni镀层相比较,Ni-SiO₂复合镀层的显微硬度值有所提升,表面更为均匀,Ni-SiO₂复合镀层的耐腐蚀性能和耐磨性能也得到明显提升。且当SiO₂颗粒添加量为10 g/L时,复合镀层的综合性能较优。      

石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织及性能影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60A-30%WC-x%石墨烯(质量分数, x=0.0, 0.1, 0.3, 0.5)涂层, 研究石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织与性能的影响。结果表明, 涂层物相主要由具有γ相结构的Ni-Cr-Fe固溶体、WC、W₂C、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等组成; 石墨烯改善了激光熔覆镍基碳化钨涂层的组织, 提高了涂层的硬度和抗摩擦磨损性能; 当石墨烯质量分数为0.3%时, 得到了析出相分布均匀且细小的组织, 涂层具有高硬度、良好的抗裂纹扩展能力和耐磨性。     

喷涂距离对内孔HVOF喷涂纳米WC-10Co4Cr涂层组织及抗泥沙冲蚀性能的影响

利用内孔氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢基材表面制备纳米WC-10Co4Cr涂层,分别通过45°和90°两种内孔喷枪研究了喷涂距离对涂层宏/微观组织及抗泥沙冲蚀性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)测试分析了涂层的物相成分,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌,并结合金相显微镜分析了孔隙率;通过维氏硬度计测试了涂层的显微硬度,利用粗糙度仪和光学轮廓仪表征了涂层表面的粗糙度及三维形貌;采用泥沙冲蚀磨损试验机对比研究了涂层与不锈钢基材的抗泥沙冲蚀性能,并结合SEM分析了冲蚀磨损机理。研究发现,45°和90°两种内孔喷枪所制备纳米WC-10Co4Cr涂层主要物相成分均为WC、W₂C和非晶态CoCr合金相,未受到喷涂距离的影响。短喷涂距离会导致涂层孔隙缺陷的产生,孔隙率随着喷涂距离的增大先下降后上升。喷涂距离对90°喷枪所制备涂层显微硬度的影响较小,而45°喷枪在喷涂距离增大到150 mm以后涂层硬度有下降趋势,两者最高硬度分别为1 343.1 HV_0.2和1 275.4 HV_0.2;对...     

Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr₃C₂强化相提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性的机制, 本文采用热等静压技术制备了Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料, 借助纳米压痕仪对Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征, 利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能, 并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明, Cr₃C₂的添加提高了复合材料基体的硬度, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的, 呈现出梯度变化, 有利于提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下, Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能.Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.      

纯铌表面渗碳层的结构与摩擦磨损性能

采用真空渗碳技术对纯铌进行表面渗碳处理，通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗碳层的微观形貌、元素分布和物相结构，通过表面划痕、纳米压痕和摩擦磨损实验评价渗碳层与基体的结合强度、硬度和耐磨性能。结果表明：纯铌经1 400℃渗碳12 h后的渗层厚度约为37.8μm,由内、外两层组成，外层全部为NbC相，内层包含NbC和Nb₂C两种物相，致密均匀，没有孔洞和裂纹，与基体结合性能良好。通过渗碳极大地提高了纯铌基体的硬度和弹性模量，表面纳米硬度从1.8 GPa提高到23.5 GPa。与纯铌相比，与Si₃N₄摩擦副配对摩擦过程中渗碳层的摩擦系数从1.03降至0.62,比磨损率由21.6×10^-5 mm³/(N·m)降至1.12×10^-5 mm³/(N·m),耐磨性得到提高。纯铌表面出现严重的磨损，磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损，而渗碳后的材料由于硬质相NbC的存在，仅发生轻微磨损，磨损机制为磨粒磨损。     

AlCrN/硅系陶瓷在大气、海水环境下的摩擦学性能

采用多弧离子镀技术在316L不锈钢基底上沉积AlCrN涂层.通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪等分析测试手段,对镀层的形貌、成分、相结构、硬度等进行表征,并利用摩擦磨损实验机Rtec考察AlCrN/陶瓷（Si₃N₄、SiC）在大气、海水环境下的摩擦学性能.结果表明:在大气、海水环境下,AlCrN/SiC的摩擦系数和磨损率都远小于AlCrN/Si₃N₄;SiC球表面的微观凹坑对氧化膜SiO₂起到收纳作用,同时减少磨粒磨损.较之于Si₃N₄陶瓷配副,AlCrN涂层与SiC陶瓷对磨时表现出更为优异的摩擦学性能.      

铝合金表面纳米化——微弧氧化复合涂层摩擦行为

通过表面机械研磨处理在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化(SNC)过渡层,再采用微弧氧化(MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化(SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了铝合金表面微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层的摩擦学行为.与微弧氧化涂层相比,纳米化-微弧氧化复合涂层因硬度较高而具有较好的耐磨性.微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层与GCr15钢球对磨时具有相同的磨损机理,为对磨钢球向涂层的材料转移和氧化磨损.      

微弧氧化对TC4钛合金微动磨损行为的影响

采用微弧氧化技术,在TC4钛合金表面制备高硬度氧化陶瓷层(MAO),对比研究了TC4钛合金基体与微弧氧化陶瓷层在2种不同位移幅值下的微动磨损行为.结果表明:位移幅值由80μm增大到150μm时,TC4钛合金基体微动损伤机制由粘着磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和氧化磨损,而微弧氧化陶瓷层的损伤机制始终以氧化磨损为主;位移幅...     

热喷涂Fe基非晶合金涂层的微观结构与摩擦磨损行为

分别采用超音速火焰喷涂工艺和爆炸喷涂工艺,在Q235不锈钢基体上制备Fe基非晶合金涂层,对比研究这2种非晶合金涂层在室温下的干摩擦磨损特性,并探讨摩擦磨损机理.结果表明,与超音速火焰喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层相比,采用爆炸喷涂工艺制备的涂层更致密,孔隙率为2.1％,显微硬度更高,平均硬度高达1 095.6 HV,且耐磨性更好;并且涂层摩擦因数增至稳定值的时间较短,具有更稳定的摩擦磨损行为.超音速火焰喷涂涂层的磨损形式主要以疲劳磨损为主,而爆炸喷涂涂层的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损的综合作用,并以粘着磨损为主.     

A comparative Study on the Wear Behavior of Al2O3 and SiC Coated Ti-6Al-4V Alloy Developed Using Plasma Spraying Technique

This paper reports the wear characteristics of the ceramic coatings made with Al₂O₃ and also with SiC which were performed using atmospheric plasma spraying technique on the Ti-6Al-4V biomedical alloy with the aim of improving their tribological behavior. The wear behavior of the coatings was evaluated using reciprocatory wear tester with coated substrate as the flat and alumina ball as a friction partner in simulated body fluid (Hank’s solution) environment. The microstructure and phase composition of the ceramic powders and as-sprayed coatings have been characterized using scanning electron microscope and X-ray diffractometer. Porosity, microhardness, adhesion strength and roughness of the coatings were measured as they have a bearing on wear and friction behavior. The results indicate that plasma sprayed Al₂O₃ coating exhibits higher wear resistance compared to that of plasma sprayed SiC coating. The higher wear resistance of Al₂O₃ coating is attributed to the improved melting and spreading of the alumina particles onto the substrate yielding increasingly bonded splats, resulting in compact and dense microstructure with lower porosity and higher microhardness.     

基于激光熔覆TiC/TiB2的钛合金表面组织及性能研究

在钛合金表面激光熔覆制备TiC/TiB₂复合涂层,分别采用SEM、显微硬度计和摩擦磨损设备分析了TiB₂+15%TiC复合涂层的微观组织和硬度、摩擦磨损性能。实验结果表明：涂层上部组织主要由粗大的TiB₂树枝晶和少量白色颗粒状的TiC/TiB共晶组织组成,涂层中部组织主要由棒状型、细针状型的TiB₂相和小块状的TiC相组成,涂层下部则由树枝型、块状TiB₂相、较大的片状TiC相和少量的小层片状金属间化合物TiAl组成。由测试结果可知,涂层硬度(960HV_0.2)约为基体的(350HV_0.2)的2.7倍。涂层的耐磨性能显著提高,涂层出现较少的剥落、细小磨痕和颗粒碎屑,基体表面主要是犁沟式的磨损。涂层的磨损量为1.132 mg是基体(5.342 mg)的20%。     

CrAlN/VN多层膜调制比对涂层性能的影响

为开发适用于干式切削的既硬又润滑的涂层,采用磁控溅射工艺制备调制周期厚度为20nm的CrAlN/VN多层膜结构涂层,研究不同CrAlN/VN调制比对涂层性能的影响;利用场发式电子探针(FE-EPMA)、掠入射X射线衍射分析仪(GIXRD)、场发式扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的微观结构和化学组成;利用纳米压痕仪表征涂层的纳米硬度和弹性模量;利用Ball-on-disc磨耗试验仪表征涂层的摩擦因数。结果表明:当CrAlN/VN的调制比为1∶2时,涂层具有最高硬度(21.8GPa);涂层与碳化钨合金的摩擦因数最低为0.26。随着CrAlN/VN调制比的增大或减小,伴随着CrAlN或VN子层厚度减薄,涂层的硬度有增强的趋势;随着VN含量的增加,涂层的摩擦因数略有下降。