钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题

目前钛及钛合金在国民经济和国防工业上的应用越来越广泛,为了提高和改善其使用特性,需要对其进行表面处理。金属表面电沉积是最常用且比较有效的方法,通过金属表面电沉积就可以提高和改善其功能性、装饰性、耐蚀性以及与涂覆层的结合强度。金属电沉积的关键是预处理问题,而预处理的关键是在其表面形成适宜的"活性膜"。电沉积层的性质取决于电解液的组成以及温度、pH值、电流密度、电沉积时间等因素。     

等离子喷涂Al2O3-13%TiO2复合陶瓷涂层的组织及热氧化性能的研究

采用大气等离子喷涂法在Q235钢上喷涂了常规微米、纳米Al2O3-13%TiO2复合涂层,对2种涂层进行了高温热氧化实验。利用XRD对比分析了2种涂层及其相应粉末的相组成,利用SEM观察了涂层的表面、截面形貌,并运用EDS对2种涂层的组分分布情况进行分析,比较2种涂层的不同结构及热氧化性能,初步探讨了涂层热氧化失效的原因。结果表明:2种粉末在喷涂之后,涂层中的α-Al2O3均有所减少,生成了γ-Al2O3,金红石TiO2相转变成了板钛矿型TiO2相,增加了涂层的内应力,加剧了裂纹的扩展;常规微米涂层中的孔洞细小但密集,纳米涂层中的孔洞较大但不密集,且大部分的气孔都存在于部分熔化区的内部;涂层在喷涂过程中所生成的气孔以及热氧化过程中由于热应力而产生的裂纹是造成涂层失效的直接原因。     

纳米Al_2O_3-13％TiO_2粉末及其等离子喷涂涂层的相变

将商用纳米Al_2O_3与TiO_2粉末混合制浆,通过喷雾造粒技术重构成大颗粒纳米Al_2O_3-13％T102团聚粉体,然后采用不同加热温度进行烧结,制备用于热喷涂的纳米喂料。采用等离子喷涂技术沉积形成纳米涂层。利用XRD和SEM对纳米粉末和涂层的形貌、显微结构和晶相进行表征。结果表明,在烧结过程中纳米氧化铝没有发生相变,而纳米氧化钛则由锐钛矿相转变为金红石相;在等离子喷涂过程中,部分a—Al_2O_3发生熔化转变为y—Al_2O_3,且转变量与喷涂工艺参数有关;而TiO_2相只在较低喷涂工艺参数下存在衍射峰,在较高喷涂工艺参数下则以z—A1203＂Ti02固溶体存在;涂层在热处理过程中会发生y．A1203向a—A1203的转变,且有Ti02相析出。     

等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织和冲蚀性能的研究

利用大气等离子喷涂技术(APS)在Q235钢基体上制备微米级Al_2O_3-13%TiO_2涂层,研究不同电流下涂层组织形貌、成分、显微硬度、冲蚀性能。研究表明,电流在400A时涂层组织形貌较好,无明显裂纹,显微硬度达1 376 HV。电流增加或者减小都会降低涂层的显微硬度,且电流过高涂层裂纹增多。涂层以30°冲蚀角时主要表现为切削磨损,增加冲蚀角度冲蚀磨损会增大,脆性断裂现象会更明显。冲蚀角度为90°时冲蚀量最大,主要表现为脆性断裂。     

碳钢表面等离子喷涂Cr_2O_3涂层及其耐腐蚀性能

利用等离子喷涂技术在45~#钢表面喷涂Cr_2O_3涂层。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法表征了涂层的微观形貌、表面元素组成以及相结构;测量了涂层的显微硬度;采用CS300P型电化学工作站检测了Cr_2O_3涂层的耐蚀性能。结果表明,在45~#钢表面等离子喷涂Cr_2O_3涂层的厚度约为100μm,相成分主要是Cr_2O_3;显微硬度值达到莫氏9级;喷涂Cr_2O_3涂层后的试样腐蚀速率显著降低,耐蚀性能明显提高。     

纯Mo、Al_2O_3喷涂层的结合强度研究

本文研究了在45号碳钢基体金属上用线材火焰喷涂枪喷涂纯Mo丝与用等离子喷涂机喷涂纯Mo、Al_2O_3粉末时所形成的涂层结合机理。较系统地作了涂层的拉伸强度试验,探讨了若干影响涂层拉伸强度的因素,并用电子探针、扫描电镜测试仪分析涂层界面上的成分及形貌。     

钛合金表面等离子喷涂涂层材料的研究进展

介绍了钛及钛合金表面等离子喷涂涂层材料的研究进展,主要从钛合金表面等离子喷涂陶瓷材料耐磨涂层、固体润滑减摩涂层、生物活性涂层、功能涂层等几方面进行了简要的介绍。并对钛及钛合金表面等离子喷涂涂层材料的发展趋势进行了展望。     

Sol-Gel法块状透明Al_2O_3陶瓷的制备及结构

采用Sol-Gel方法,利用溶胶-凝胶块-陶瓷工艺路线制备出了透明块状Al2O3陶瓷。采用X-ray衍射,IR及TG,DTA测试技术对凝胶块及其热处理过程中的结构转变进行了研究,结果表明：凝胶块中的氧化铝以一水铝石形式存在,一水铝石的热分解温度在320～650℃之间;凝胶块在热处理过程中经历了由无定型→γ-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3的结构转变;其间总的失重率为46.58％,其中17％为结构水脱除引起,另外一部分由吸附水及醇的脱出引起;透明Al2O3陶瓷存在温度在950℃以下,超过此温度则不透明。     

钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响,探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2(AT40)陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能量分散谱仪(EDS),对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。借助维氏显微硬度计,研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律,以及高温下的显微硬度。采用多功能摩擦磨损试验机,测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能,并进行原位在线自动3D形貌表征。结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构,各相分布均匀,涂层结构致密,平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。在200、350 ℃时,AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03,磨损率分别为(7.8±0.01)×10^–5 mm³/(N.m)和(37.2±0.01)×10^–5 mm³/(N.m),涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。500 ℃时,涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10^–5 mm³/(N.m),磨痕深度和磨损体积大幅增加,耐磨性能降低。结论 AT40陶瓷涂层在200 ℃和350 ℃的磨损机制主要为微区脆性断裂,在500 ℃时的磨损机制表现为裂纹扩展引起的分层剥落和轻微磨料磨损。     

喷嘴形状对Al2O3-3TiO2粒子扁平化及其涂层性能的影响*

采用SprayWatch在线监测系统测量了F6大气等离子喷枪在不同喷嘴条件下产生的等离子射流中Al2O3-3TiO2粒子的温度和速度。利用201不锈钢和Q235钢作为基体,分别用来收集粒子和制备涂层。分析了不同喷嘴对飞行粒子温度和速度的影响,并通过扫描电镜(SEM)对扁平粒子的铺展程度和涂层显微组织进行了分析,并对比了涂层的结合强度、显微硬度和磨损失重量的差异。结果表明:在相同的测量位置,圆柱形喷嘴喷出粒子的速度比Laval喷嘴条件下的高出一倍,但是温度比Laval喷嘴条件下略低。圆柱形喷嘴获得的扁平粒子比Laval喷嘴获得的扁平粒子铺展程度要大;圆柱形喷嘴获得的涂层的孔隙率及磨损失重量比Laval喷嘴制备的小,其涂层的结合强度、显微硬度均高于Laval喷嘴制备的涂层。     

Analysis of the two-phase flow in a de laval spray nozzle and exit plume

One method used in spray forming and coating technology involves transonic/supersonic gas-droplet two- phase flows through a de Laval nozzle and subsequent subsonic freejet flow from the nozzle to the sprayed surface. To the first- order approximation, this complex phenomenon can be treated in a quasione-dimensional manner to simulate the entire converging- diverging nozzle flow field (with particle injection at the throat) as well as the plume (freejet) region. The basic numerical technique and computer model solve the steady gas field equations through a conservative variable approach and treat the droplet phase in a Lagrangian manner, with full aerodynamic and energetic coupling between the droplets and the transport gas handled via source terms. These analyses are simple and economical to execute. The one- dimensional models are valuable in constructing algorithms for automated process control. Finally, these one- dimensional models give direction to two- and three- dimensional simulations and serve as a test bed for models based on particle dynamics and energetics.     

钛及钛合金真空等离子焊箱枪体的改造

为了满足大尺寸钛及钛合金电极的焊接要求，宝钛集团有限公司依据等离子弧的压缩效应原理及电弧的稳定性原理．对从德国引进的钛及钛合金真空等离子焊箱枪体的阴极和喷嘴进纯了技术改造。改造后，不仅提高了电弧的稳定性．而且也扩大了电极的焊接尺寸。焊缝宽度可达50mm～60mm，深度达20mm-30mm，可焊电极的最大长度为6m，直径为0．6m，满足了钛及钛合金大规模化的生产要求。     

Numerical simulation on syphonage effect of laval nozzle for low pressure cold spray system

Instead of injected by high pressure powder feeder, powders can be drawn into the nozzle by syphonage effect generated by supersonic gas flow in low pressure cold spray. This characteristic makes low pressure cold spray conveniently for on-site operation. However, no data have ever been reported on the relationship between the nozzle structures and the gas flow in the powder feeder pipe. In this paper, a CFD software (STAR CCM+) was used to calculate the gas flow in nozzle of the DYMET 413 commercial low pressure cold spray system. Variation of structures and process parameters based on the commercial system were also investigated. The syphonage effect is strongly influenced by the powder feeding location, the temperature and pressure in prechamber has little effect on syphonage effect in powder feeder pipe. The syphonaged gas will decelerate the gas velocity and low down the gas temperature in nozzle, so it is best to control the mass flow rate of powder feeding gas by selecting the location. One of the disadvantages is that the particles will collide with the nozzle wall which makes the nozzle a short service life.     

喷涂涂层对钛合金超塑性能的影响

通过采用在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)表面喷涂锆英石粉料来获得保护层的办法，研究了锆英石陶瓷涂层对钛合金TC4在高温拉伸试验时超塑性成形的影响。结果表明，锆英石涂层减轻了钛合金表面的高温氧化程度，提高了钛合金TC4的超塑性性能。     

Comparative study on the flow fields of three atomization nozzles

In this paper, the flow fields of three types of nozzles （ Hartmann, Laval and Laminar nozzles ） under the same conditions are simulated, and the corresponding to pressure, temperature, velocity and turbulence intensity are obtained. The results suggest that two crushing presents in the atomization process using Hartmann nozzle, but only one crushing presents in the atomization process using the other nozzles, through the comparative research on the flow field features of three types of nozzle. Furthermore, the shockwave plays a more important role in crushing of liquid metal than velocity.     

钛及高温合金的冷炉床熔炼

综述了冷炉床熔炼的发展历史、特点、炉子的结构和工作原理以及电子束和等离子体两种熔炼方式用于熔炼纯钛和Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ的各自优点。     

钛合金缝隙腐蚀、离子渗氮与表面纳米化的研究进展

钛合金凭借优异的耐腐蚀性能,在海洋工程中有着巨大的应用前景,但是其在苛刻条件下易发生缝隙腐蚀及耐磨性差等缺点也影响了它的使用。总结了钛合金发生缝隙腐蚀的条件与原因,以及普通离子渗氮对钛合金耐磨性和耐腐蚀性能的影响,并重点探讨了表面纳米化对钛合金离子渗氮层结合力和耐蚀性能的影响。研究发现,钛合金在高温(65℃以上)、高酸性(低pH值)、高Cl~-浓度、低氧含量的苛刻环境中会发生缝隙腐蚀,氧浓差电池与自催化酸化作用是钛合金缝隙腐蚀的主要机理,钛吸氢形成的脆性TiH_2则会加速缝隙腐蚀过程。普通离子渗氮在钛合金表面形成的高硬度TiN、Ti_2N层可以提高钛合金的耐磨性,同时提高其耐均匀腐蚀性能。但是,由于离子渗氮层与钛合金基体的硬度差别较大,结合力不强,腐蚀过程中容易发生脱落。利用表面纳米化技术制备表面梯度纳米晶结构,有望通过离子渗氮获得结合力好的渗氮层结构,并可以有效降低渗氮温度。