TC4钛合金表面微弧氧化原位生长自润滑MoS2/TiO2膜层研究

钛合金表面减摩涂层的设计和制备是提升钛合金构件耐磨性能、保障服役安全的重要技术之一。针对于目前钛合金减摩涂层中减摩剂分散不均匀,易于团聚导致膜基结合力差等问题,本论文采用一步微弧氧化技术在TC4合金表面原位生长纳米MoS2颗粒,制备具有减磨作用的MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;讨论了原位反应中硫源添加量对膜层微观结构及耐磨性能的影响。结果表明：以Na2S和Na2MoO4分别为硫源和钼源在TC4合金表面通过微弧氧化制备出了MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;通过控制Na2S浓度可以原位生成具有小尺寸、均匀化分布的纳米MoS2颗粒,并实现对MoS2含量和形态的调控。随着Na2S浓度的增加,膜层结构逐渐致密化且表面粗糙度较低,当添加量到达60g/L时,由于硫沉淀作用导致膜层开始疏松,粗糙度增加。由于膜层表面和内部均存在均匀化分布且具有自润滑作用的MoS2颗粒,所得膜层耐磨性较传统微弧氧化膜层或直接添加MoS2颗粒所得膜层分别提高了395.4%、129.4%;同时,膜基结合力较传统微弧氧化提高了87.1%,达到了723.8N,说明了该技术在保证良好的自润滑效果同时改善了膜基结合力。该研究结果可以为钛合金耐磨涂层设计和制备提供新思路和研究方法。     

电参数对镁合金微弧氧化膜层生长的影响及耐蚀性研究

利用微弧氧化技术对AZ91D镁合金在硅酸盐和锆盐溶液中进行表面陶瓷化处理,发现电参数对膜层厚度有很大影响。并采用IM6e型电化学工作站,对微弧氧化镁合金进行电位极化曲线测量。通过电化学测量对微弧氧化镁合金的腐蚀行为进行分析。用处理好的镁合金进行腐蚀实验,用失重法和极化法测试其耐蚀性,发现电解液中锆元素会大大提高膜层的耐蚀性。同时通过XRD分析发现硅酸盐电解液中制备的陶瓷膜主要由Mg2SiO4、MgO和MgF2等相组成,锆盐电解液中制备的陶瓷膜主要由MgO、MgF2和ZrO2相组成。     

TiO2粉体对镁合金微弧氧化陶瓷膜性能的影响

在已优化的Na2SiO4-Na3PO4复合体系溶液中加入TiO2粉对AZ91D镁合金进行了微弧氧化处理。用EDS、SEM、XRD分析了加TiO2粉对陶瓷膜的表面形貌和相成分的影响。结果表明,加入TiO2粉体后陶瓷膜孔洞减少,且疏松层变得密实;膜层相成分增加了钛氧化物。加入TiO2粉体后陶瓷膜的耐蚀性有提高。膜层具有光催化性能。     

铝合金表面MoS2/Al2O3复合涂层制备及减摩性能研究

铝合金表面减摩涂层设计和制备是改善铝合金构件摩擦性能的关键技术之一。对于目前铝合金结构件易磨损的问题,本研究采用微弧氧化一步法在6063铝合金表面原位合成纳米MoS2,制备具有减摩作用的MoS2/Al2O3复合陶瓷涂层;讨论了硫盐浓度对涂层成分、形貌及摩擦性能的影响,分析了涂层减摩机理。结果表明：通过微弧氧化在6063铝合金表面成功制备出了含有MoS2的自润滑复合陶瓷涂层;涂层的摩擦系数随着硫盐浓度的升高呈现先下降后上升的趋势,当电解液中硫盐浓度为15g/L时涂层的摩擦系数为0.15,较常规微弧氧化涂层降低了76%。涂层中的MoS2分布在涂层的表面和内部,在与摩擦副接触与挤压的作用下形成均匀分布的MoS2润滑膜,表现出良好的减摩性能。     

镁合金表面自清洁、自修复防护膜研究

目的在镁合金表面制备具有自清洁、自修复功能的防护膜,实现镁合金的智能防护。方法采用提拉法在AZ61镁合金表面制备含有pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂的无机-有机杂化硅膜,该膜层具有自清洁、自修复功能。利用扫描电子显微镜(SEM)表征膜层表面形貌,利用接触角测量仪(CA)表征膜层的润湿性和粘附性,利用粉笔灰模拟测试膜层的自清洁功能,利用电化学工作站测试膜层的防护性能,并结合分光光度计对缓蚀剂释放浓度的检测来评价膜层的自修复功能。结果制备的膜层中含有大量pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂,且表面粗糙。水在膜层表面的静态接触角高达156.7°,而滚动角只有5°,表明膜层具有超疏水、低粘附特性,这样水滴滚落到膜层表面时,能够带走膜层表面的污染物,从而实现自清洁功能。开路电位及分光光度计测试表明,溶液pH的变化引起膜层中缓蚀剂释放,从而使膜层实现自修复。极化曲线测试结果表明,含有"核/壳"纳米结构缓蚀剂的膜层样品的腐蚀电流密度比镁合金基底样品小了接近2个数量级,其缓蚀效率可达99.36%。电化学阻抗谱(EIS)测试结果显示,含有"核/壳"纳米结构缓蚀剂的膜层阻值高达85105Ω·cm~2,且具有较持久的自修复防护能力。结论成功制备了含有pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂的无机-有机杂化硅膜,该膜层具有自清洁、自修复功能以及优异的防护性能。     

医用钛合金的微弧氧化膜层组织及其磨损性能

采用微弧氧化方法对医用钛合金表面进行改性,利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对微弧氧化膜层的表面形貌和化学成分进行分析,通过小振幅往复摩擦磨损试验测量膜层的耐磨损性能.结果表明:钛合金经过微弧氧化表面处理后,所得膜层存在不同尺寸的放电微孔,氧化膜内层相对外层较为致密;膜层主要由大量金红石型TiO2相、非晶相SiO2及少量锐钛矿型TiO2相组成;与基体相比,微弧氧化膜层的初期摩擦因数从0.7降低至0.1,耐磨性提高.     

Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2热障涂层材料研究

采用Lu2O3/TiO2/Nb2O5作为ZrO2热障涂层材料的稳定剂,研究Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2(15%LTNSZ)热障涂层材料在900℃、40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的热腐蚀行为。结果表明:8%YSZ热障涂层材料热腐蚀2 h后,t相ZrO2全部相变为m相ZrO2,热腐蚀产物为尺寸较大的YVO4晶体;15%LTNSZ热障涂层材料热腐蚀20 h后,m相ZrO2的比例仅为5.5%,热腐蚀产物为尺寸较小的LuVO4晶体。与Y2O3稳定剂相比,Lu2O3/TiO2/Nb2O5稳定剂使ZrO2在40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的抗热腐蚀性能提高1个量级以上。     

CeO2掺杂对ZrO2-Y2O3纳米涂层性能的影响

在45钢基体表面等离子弧喷涂制备了掺杂不同含量CeO2纳米ZrO2涂层,运用XRD,SEM对涂层的组织结构进行了分析,测试了涂层的结合强度和显微硬度,考察了涂层与铝青铜对磨时的摩擦磨损性能．结果表明,CeO2增加了ZrO2涂层的致密性、结合强度和显微硬度．纳米ZrO2涂层中加入CeO2后,增加了ZrO2涂层／铝青铜摩擦副的摩擦系数,增强了纳米ZrO2涂层,耐磨能力．涂层与铝青铜对磨时,随着CeO2含量的增加,ZrO2涂层粘着磨损形式增强,而涂层脆性断裂脱落的趋势减轻．     

Ti-6Al-4V表面ZrO_2/TiO_2微弧氧化复合陶瓷层的生长特性

研究了Ti-6Al-4V表面ZrO2/TiO2复合陶瓷层的生长规律。采用SEM和XRD分析了氧化时间对陶瓷层的厚度、表面和截面形貌、元素分布和相组成的影响。结果表明:膜层呈现出先快后慢最后趋于平稳的生长动力学,最终膜层厚度44μm。陶瓷膜表面分布着富Zr的陶瓷颗粒,这是由于氧化膜外层的火花放电形成的特征结构。膜层由m-ZrO2、Rutile-TiO2和ZrTiO4组成,Zr元素含量最高可达50.47%。随着氧化时间的增长,膜层表面的Zr含量逐渐降低,m-ZrO2逐渐减少而Rutile-TiO2逐渐增多,并且出现了新相Ti2ZrO6。     

利用ZrO2固体电解质研究Na3AlF6-SiO2熔盐中的电沉积

利用Y₂O₃稳定的Zr O₂固体电解质(YSZ)管集成构建Pt,O₂(air)|YSZ作为参比、辅助电极的三电极新型电化学池,在完全无碳和1323 K条件下采用Ir丝作工作电极对Na₃Al F₆-5%Si O₂(质量分数)熔盐体系进行循环伏安(CV)及恒电位电解测试,并结合热力学理论计算、SEM观察及EDS分析,研究了熔盐中有关金属在阴极上的析出电位及电沉积规律。结果表明,Si单质在Ir电极上可一步沉积得到,其在CV曲线上的峰电位在-1.65 V,而Al、Na (Zr)等合金化沉积电位负于-1.8 V,且沉积电位依次负向增大。在-1.8 V或-2.0 V电位下电解,还发现有Zr₅Si₄金属化合物颗粒生成,其生成电位在-1.7～-1.8 V之间。沉积的Si、Al、Na金属(合金)主要来源于Na₃Al F₆-Si O₂熔盐本身产生...     

Microstructure and mechanical properties of laminated ZrB2-SiC ceramics with ZrO2 interface layers

Laminated ZrB₂-SiC ceramics with ZrO₂ interface layers were successfully prepared by tape casting, laminating and hot pressing. The flexural strength and fracture toughness are 561 ± 20 MPa and 14.4 ± 0.3 MPa m^1/2 for parallel direction, and 432 ± 18 MPa and 5.8 ± 0.3 MPa m^1/2 for perpendicular direction. The fracture toughness for parallel direction is improved significantly compared to monolithic ZrB₂-SiC ceramics. The toughening mechanism was attributed to the deflection and branch of the crack and the new microcracks, which would increase the propagation path and fracture work.     

CVD deposition and characterization of coloured Al2O3/ZrO2 multilayers

Coloured Al₂O₃/ZrO₂ multilayers have been deposited onto WC-Co based inserts by a CVD process. Through physical as well as optical analysis of such multilayers, colour is believed to originate from interference. The coatings are obtained with good process reproducibility. It was found that the ZrO₂ process used in the multilayer, with ZrCl₄ as the only metal chloride precursor, results in a mixture of tetragonal and monoclinic ZrO₂ phases. However by adding a relatively small amount of AlCl₃ during such a process results in ZrO₂ layers being composed of predominantly tetragonal ZrO₂ phase. Corresponding multilayers seem to have a more fine grained and smoother morphology whereas multilayers containing monoclinic ZrO₂ phase seem to be less perfect with existence of larger grains of ZrO₂ which are believed to scatter light and alter the reflectance of such a multilayer. In addition to this, such multilayers were found to be free of or with greatly reduced amount of thermal cracks, normally present in pure CVD grown Al₂O₃ layers.It is believed that, in the studied Al₂O₃/ZrO₂ multilayers, the observed tetragonal ZrO₂ phase is the result of a size effect, where small enough ZrO₂ crystallites energetically favor the tetragonal phase. However as the ZrO₂ crystallite size distribution is shifted to larger sizes it is believed that a mixture of crystallites with both stable and metastable tetragonal phases as well as a stable monoclinic phase is obtained. The proposed metastable tetragonal ZrO₂ phase may in fact explain the absence of thermal cracks in such multilayers through a transformation toughening mechanism, well known in ZrO₂ based ceramics.     

等离子喷涂TiC/ZrO2复相涂层的抗烧蚀性能研究

针对TiC涂层在高温烧蚀过程中氧化生成熔融TiO₂。当温度高于2000℃时,熔融TiO2的厚度随之增加,这将进一步导致涂层结合强度降低,本文采用等离子喷涂方法制备了不同ZrO₂添加量的TiC/ZrO₂复相涂层,以提高涂层的抗冲刷性能。分别利用XRD、SEM和EDS对烧蚀前后材料的相结构、微观形貌和成分进行了分析,探讨了添加高熔点相ZrO₂的复合涂层的抗烧蚀机理。结果表明：TiC/ZrO₂复相涂层展现出更好的抗烧蚀性能,2000℃下的质量烧蚀率仅为1.5×10_-4 g.cm_-2.s_-1。烧蚀过程中产生的ZrO₂层可以阻止内部TiC的进一步氧化,并且可以在一定程度上降低氧乙炔焰对涂层的产生的剪切力,以提高涂层的康冲刷性能。     

In-situ TiB2 and Al2O3 formation by DC plasma spraying

In-situ plasma spraying (IPS) is a promising process to fabricate composite coatings with in-situ formed thermodynamically stable phases. In the present study, mechanically alloyed Al-12Si, B₂O₃ and TiO₂ powder was deposited onto an aluminum substrate using atmospheric plasma spraying (APS). It has been observed that, during the coating process, TiB₂ and Al₂O₃ are in-situ formed through the reaction between starting powders and finely dispersed in hypereutectic Al-Si matrix alloy. Also, obtained results demonstrate that in-situ reaction intensity strongly depends on spray conditions.     

载体中ZrO2/Al2O3比对Pt/ZrO2-Al2O3催化剂性能的影响

相比汽油车而言,柴油车具有高效、低油耗的优势已得到广泛应用。本实验以ZrO₂作为改性剂,探究了ZrO₂与Al₂O₃的质量比对催化剂的影响。研究结果表明：随着ZrO₂的加入,Pt粒子先减小后增大;Pt粒子与载体的交互作用先增大后减小。活性实验数据分析表明,ZrO₂的最佳添加量为40 wt%,CO和C₃H₆完全氧化温度分别降低20 _oC 、25 _oC。贵金属在催化剂的分散度以及贵金属与载体的相互作用随着ZrO₂与Al₂O₃质量比的变化而变化。Pt粒子越小,其与载体的交互作用越强,这表明催化剂性能越强。     

空气反应钎焊ZrO2与GH3536接头组织与力学性能

采用Al₂TiO₅颗粒增强的Ag-CuO-Al₂TiO₅复合钎料,在钎焊温度为1050 ℃保温30 min工艺参数下,对ZrO₂陶瓷与GH3536合金进行了空气反应钎焊(RAB),分析了钎焊接头的界面结构及其形成机制;同时研究了接头在800 ℃氧化不同时间的组织演变规律及其对连接性能的影响。结果表明,钎焊过程中Al₂TiO₅颗粒分解产生Al₂O₃和TiO₂,TiO₂与ZrO₂陶瓷反应生成ZrTiO₄相。GH3536侧金属元素发生氧化形成尖晶石层,并分别与钎缝中的Al₂O₃、CuO反应,在钎缝中生成细密分布的NiAl₂O₄相及紧邻尖晶石层的团块状NiCuO₂相。ZrO₂/GH3536接头高温氧化1000 h后,钎缝中NiAl₂O₄呈团块状分布,Cr₂O₃薄层保持稳定;尖晶石层内部元素均匀化,厚度有明显增加。接头强度随着氧化时间的延长先降低后稳定在20 MPa。     

ZrO2纳米颗粒对Al-12.5%Si合金PEO陶瓷层性能的影响

采用外加ZrO₂纳米颗粒的电解液体系在Al-12.5%Si合金表面制备ZrO₂- Al₂O₃- SiO₂三相PEO陶瓷层。利用SEM和XRD对陶瓷层微观结构和物相进行分析,并对其隔热及热冲击性能进行测试。结果表明：ZrO₂纳米颗粒显著提高了膜层的致密度和结合性,并有效减弱了Si元素对PEO成膜的抑制作用,提高了成膜速率;三相PEO陶瓷层的主要物相为SiO₂及高温稳定相α-Al₂O₃和c-ZrO₂,其独特的微结构和成分致使ZrO₂纳米颗粒改性的陶瓷层具有良好的热防护性能和热冲击性能。     

多孔ZrO2-8 wt% Y2O3涂层的制备及性能

航空发动机的效率与转动叶片和机匣之间的间隙密切相关。为了控制转子和静子之间的间隙,需要在机匣表面制备可磨耗的封严涂层。在发动机的高温端,ZrO₂-8wt% Y₂O₃涂层是经常采用的封严涂层基体。涂层中的孔隙可以增加涂层的可磨耗性。本文利用聚苯酯(PHB)增加等离子喷涂的ZrO₂-8 wt% Y₂O₃涂层的孔隙率。为了避免聚苯酯在等离子喷涂过程中的烧损,利用溶胶-凝胶法在聚苯酯颗粒表面沉积一层TiO₂层。文中将讨论采用此方法制成的涂层的形态、孔隙率、硬度和可磨耗性。结果表明,在喷涂粉末中混合包覆型的聚苯酯后,涂层的孔隙率将会得到提升,涂层硬度将会下降。磨耗试验的结果表明涂层的磨耗深度随着涂层孔隙率的增加而增加。     

三元共晶成分Al2O3/YAG/ZrO2粉体及陶瓷的制备与组织性能研究

本文采用醇水共沉淀法制备了三元共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂粉体,在600-1350_oC温度范围煅烧后研究其物相转变过程。经1300_oC煅烧后Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶成分粉体的物相由α-Al₂O₃、c-ZrO₂和YAG构成,且具有α-Al₂O₃相包裹c-ZrO₂相的特殊结构。将煅烧粉体在1550_oC下热压烧结,制备具有内晶型结构的共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂复相陶瓷,其致密度、室温抗弯强度、断裂韧性和高温(1000_oC)抗弯强度分别为98.8%、420 MPa、3.69 MPa.m_1/2和464 MPa,并对复相陶瓷组织结构的形成机理进行了探讨。