搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究

采用搅拌摩擦加工法制备铝基SiC复合层,研究不同加工道次下SiC颗粒在复合层中的分布形态,并对复合层的组织形貌和显微硬度进行分析。结果表明:加工次数的增加,有利于复合层中SiC颗粒的均匀分布,经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒分布均匀,基体金属组织中粗大Si相和枝晶完全消失,组织被明显细化。增强相SiC颗粒的加入使复合层显微硬度得到提高,4道次加工后搅拌摩擦中心区显微硬度最高值为71 HV,较基体金属(45HV)提高了26 HV,搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍。     

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%。     

铝合金搅拌摩擦加工制备颗粒增强表面层的组织演变机制

采用搅拌摩擦加工技术,对热喷涂高速钢涂层的铝合金进行了4次重复加工。测试分析结果表明,搅拌摩擦区域的显微组织经历了:涂层破裂→破碎成大尺寸颗粒并嵌入到基体中,并导致基体产生裂纹→大尺寸颗粒继续破碎,小尺寸的颗粒增加,部分块状颗粒被卷入到基体内部,裂纹因回复和再结晶而消失→细小颗粒均匀分布的表面复合层一系列演变过程。由于强烈的热、力耦合作用,使Al-Fe间产生了异常的快速互扩散,搅拌摩擦加工过程中生成的大量细小的Al3Fe颗粒。表面复合层显微硬度最高达到540 HV,比基体的提高了近8倍。     

搅拌摩擦加工原位反应制备Al_3Ti-Al表面复合层

通过在铝合金1100-H14表面加工矩形凹槽并添加微米级钛粉再进行搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)的方法,在铝合金表面获得Al3Ti-Al复合层.采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)以及X射线衍射(XRD)对表面复合层微观结构及相组成进行了分析,并对复合层的显微硬度进行了检测.结果表明,在FSP强烈的热、力耦合作用下,钛粉产生了碎化,破碎后的钛颗粒与铝产生快速原位反应,生成微米和亚微米级Al3Ti颗粒,残留的钛颗粒和细小的Al3Ti颗粒一同均匀地分布于铝合金基体中,从而使得铝合金表面的硬度得到提高,其平均值达到了71.39HV,为基体硬度的2.1倍.     

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。     

铝合金表面涂层搅拌摩擦加工后的组织及硬度

研究采用搅拌摩擦加工技术原理,对铝合金表面火焰喷涂制备的高速钢涂层进行搅拌摩擦加工,搅拌摩擦加工工艺参数为搅拌头转速3 000 r/min、进给速度15μm/s、进给量0.1mm.结果表明:经过多道搅拌摩擦加工后,涂层击碎并镶嵌到铝合金基体中,同时元素间产生相互扩散、相互反应,形成致密的复合表面层,显微硬度最高达到HV590.     

超声-电沉积Ni-TiN复合镀层组织和性能研究

为了探讨复合镀层的组织和性能,采用超声-电沉积制备了Ni-TiN复合镀层.对镀层的表面形貌、显微硬度和磨损性能进行了研究,分析了Ni-TiN复合镀层的耐磨机理.结果表明:由于超声波的辅助作用和TiN纳米粒子的加入,镀层表面比较平整,光滑;在超声波和高频脉冲电流复合作用下,纳米TiN粒子含量为12%的Ni-TiN复合镀层具有较高的显微硬度和耐磨性能,平均表面硬度达到HV927.2,磨损量仅为14.1mg;纳米TiN粒子的弥散错位强化作用、细晶强化效应及一定承载和润滑作用是提高Ni-TiN复合镀层耐磨性的根本原因.     

铝基Al_2O_3-TiB_2复相涂层搅拌摩擦加工组织演变

使用搅拌摩擦加工技术,对铝合金表面的铝基Al2O3-TiB2复相涂层进行逆向两道次加工。结果表明,搅拌摩擦加工后涂层的显微组织形貌发生明显的改变。涂层在强烈的摩擦力压力和高温的作用,热喷涂颗粒间原有的孔隙基本消失,涂层和基体之间的间隙减小,涂层组织整体形貌变得紧实而致密。单一方向搅拌摩擦加工,增加了涂层组织内应力,使其硬度(HV)从72提高到85。逆向搅拌摩擦加工区域内的涂层发生了强力的塑性变形,导致发生组织演变,使涂层形貌呈现出纤维形流线组织,该区域涂层硬度大幅度增加,从72提高到150,达到原始涂层的两倍以上。     

多次搅拌下TiN颗粒增强铝基复合层组织与性能

采用搅拌摩擦加工制备了TiN颗粒增强铝基复合材料,研究了搅拌次数对复合层晶粒尺寸、硬度、拉伸及磨损性能的影响。结果表明:搅拌加工时添加TiN颗粒可提高复合层的硬度、耐磨性。添加TiN颗粒的试样经4道次搅拌后,搅拌区最高硬度为136 HV,为同道次未加颗粒的1.12倍。未添加颗粒时复合层摩擦系数为0.5左右,添加颗粒时仅为0.3左右。经4道次加工后添加TiN颗粒的复合材料强度由未添加时的380.40 MPa下降到329.97 MPa。随搅拌次数的增加,搅拌区晶粒细化程度得以提高,TiN颗粒分布更加均匀,但搅拌次数对TiN颗粒增强铝基复合材料的强度和硬度影响不大。     

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.