AZ31镁合金阳极氧化-化学镀Ni-P涂层的微观组织

采用OM和XRD研究了化学镀工艺对AZ31镁合金阳极氧化-化学镀Ni-P涂层微观组织的影响。结果表明:采用化学镀方法可在AZ31镁合金阳极氧化膜表面获得非晶态Ni-P涂层,且涂层与氧化膜界面结合良好;随着化学镀温度的升高或化学镀时间的延长,AZ31镁合金阳极氧化膜表面Ni-P涂层逐渐增多,当化学镀温度为90℃或化学镀时间为120 min时,Ni-P涂层完全覆盖氧化膜表面,此时涂层厚度分别达到8μm和10μm;随着镀液p H值的增加,镁合金表面氧化膜表面Ni-P涂层逐渐增多,p H值增加至10时,Ni-P涂层完全覆盖氧化膜表面,涂层厚度约11μm,继续增加p H值至10. 3时,Ni-P涂层沉积效果减弱。     

高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测

目的提出一种由连续叠加热失配应力和曲率淬火应力组成的新型涂层表面残余应力预测模型,用于预测高速电弧喷涂成形过程涂层表面残余应力值。方法基于高速电弧喷涂层逐层叠加成形基本假说,利用力和力矩平衡原理,分别建立了涂层逐层叠加热失配应力模型和淬火应力模型,将两模型组合后,得出喷涂过程涂层表面残余应力数值模型。结果通过与X射线衍射仪测得的不同厚度FeAlCrBSiNb涂层表面残余应力值进行比较,发现喷涂一道次时,涂层表面残余应力值为涂层形成过程中最大表面残余应力值。喷涂层厚度为500μm前后,涂层表面残余应力变化规律不同,即理论预测值与实际值随喷涂厚度的增加先减少,当喷涂厚度沉积至500μm后,理论预测值趋于有增有降的波动平稳,而实际测量值在厚度增加至1500μm后逐渐下降。结论高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测模型,可以较为准确地预测涂层形成过程中表面最大残余应力值和涂层厚度小于500μm时的涂层表面残余应力值,揭示出高速电弧喷涂层实际成形过程表面残余应力的分布规律,即随着喷涂层沉积厚度的增加,残余应力先减少而后沉积至500μm后略微增大。     

天然气井油管有机涂层的失效分析

目的研究有机涂层在天然气井高温、高压环境下的失效特征和失效原因,为天然气井井筒有机涂层应用提供建议。方法模拟含CO_2,H_2S等介质的气井井下环境,通过9轮次、1914 h的长周期浸泡试验,对比测试某种有机涂层试样的厚度、冲击韧性等物理、机械性能参数,分析涂层宏、微观形貌变化。结果经过反复升、降压的苛刻室内浸泡实验后,有机涂层逐步老化。耐磨值由最初的3.28 L/μm下降到2 L/μm左右;硬度值由最初的125下降到95左右;冲击韧性值由最初的37.6 J下降到浸泡890 h时的23.5 J左右,之后趋于平稳。1914 h后,涂层与碳钢基体界面结合性能变差,表面出现明显的局部腐蚀坑点。结论室内涂层试验与气井油管涂层现场生产中发生的失效特征类似,存在失重、减薄—鼓泡—膜下腐蚀、脱落的失效过程。为避免油管内涂层失效,提高防腐效果,建议:在油管生产加工过程中控制固化度,避免因固化度不足导致涂层缺陷;在工程作业中应避免钢丝作业、快速泄压等对涂层的潜在损伤;定期进行缓蚀剂加注,减轻腐蚀。     

热障涂层陶瓷层/TGO界面开裂行为的有限元模拟

目的更好地理解热障涂层在热循环条件下的失效行为。方法采用有限元方法引入了内聚力模型,研究热障涂层在多次热循环条件下的界面开裂行为,并且考虑了陶瓷层厚度和粘结层厚度对界面开裂行为的影响。结果涂层最先在陶瓷层/TGO层界面的波峰与波谷之间开裂,此外在界面波谷处也存在开裂现象。当陶瓷层厚度在300~500μm范围内,界面裂纹的平均长度随陶瓷层增厚而增长,裂纹密度也随之增加。粘结层厚度为50μm时,界面裂纹的平均长度为15μm;当厚度增加到100μm时,界面裂纹平均长度减少到10μm;而厚度为150μm时,界面裂纹平均长度又提高至12μm。当粘结层与陶瓷层厚度比在0.2~0.4的范围内时,陶瓷层/TGO层界面上的最大拉应力最小。结论陶瓷层厚度和粘结层厚度对热障涂层界面开裂行为的影响极大,小厚度陶瓷层以及当粘结层与陶瓷层厚度比在0.2~0.4的范围内时,热障涂层具有更好的抗界面开裂能力。粘结层厚度不宜过大,超过一定厚度时反而会降低涂层的抗界面开裂能力。计算结果与文献报道的结果相近,证明了模拟结果的准确性。     

复合填料对提高环氧涂层耐腐蚀性能研究

通过向环氧涂层中添加适量的氧化石墨烯-氟代聚苯胺(GO-PFAN)复合填料，有效提高了环氧涂层在N80钢的耐腐蚀性能，同时考察了复合填料加量对环氧涂层防腐性能的影响。实验结果表明，氧化石墨烯-氟代聚苯胺/环氧复合涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后仍具有较高的阻抗值，其中复合填料添加量为2 wt%的环氧涂层的阻抗值最高，为5.67×10¹⁰Ω·cm²，说明添加了复合填料的环氧涂层具有优异的防腐性能。     

粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂+大气等离子喷涂工艺,在K403高温合金表面制备不同层厚比的NiCrA-lY/纳米7YSZ热障涂层,研究了涂层厚度变化对热障涂层表面粗糙度、结合强度、热震性能和热循环寿命的影响规律。结果表明:当粘结层厚度一定时,随着陶瓷层厚度的增加,其表面粗糙度增加,涂层结合强度下降;当粘结层厚度为50μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加而降低,粘结层厚度提高至100μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加先提高,后降低,热障涂层在1100℃的热循环寿命测试结果也基本对应这一规律;当粘结层厚50μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(1～2)∶1的范围内,或者粘结层厚100μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(2～2.5)∶1范围内时,热障涂层具有较优异的性能。     

压裂管柱中陶粒对滑套球座影响

目的：防止陶粒对滑套球座产生破坏。方法利用有限元软件 LS-DYNA 对陶粒冲击滑套球座进行建模,分别改变陶粒与滑套球座表面涂层之间的摩擦系数、滑套球座涂层的厚度、陶粒的粒径、陶粒的速度和陶粒速度相对于滑套球座表面的角度,通过仿真结果观察参数变化对滑套球座表面应力的影响。结果随着陶粒和球座之间的静摩擦系数由0.1增加到0.4,球座的最大表面应力由1.67 GPa增加到2.33 GPa。随着球座表面涂层厚度由3μm增大到6μm,球座的最大表面应力由2.05 GPa减小到0.89 GPa。随着陶粒粒径由50μm增加到80μm,球座的最大表面应力由1.67 GPa增加到3.63 GPa。随着陶粒速度由24 m/s增加到96 m/s,球座的最大表面应力由0.96 GPa增加到2.42 GPa。随着陶粒和球座表面之间的夹角由15°增加到60°,球座的最大表面应力由1.67 GPa增加到4.12 GPa。结论压裂液的性能会影响陶粒和球座之间的摩擦系数,进而影响球座的表面应力大小。球座的表面涂层厚度适当增大可以降低其表面的最大应力,压裂液中陶粒的直径越大,单个陶粒对球座造成的冲击应力越大。可以通过设计使滑套球座表面与中心线的夹角尽量小,以减小球座的最大表面应力。施工排量的增大会加剧球座的破坏。     

基于超声声压反射系数相位谱法的热障涂层非均匀性表征

利用声压反射系数相位谱法对厚度为（50±5）μm,等离子体喷涂方法制备的Cr2O3陶瓷涂层的非均匀性进行了超声表征。对试样不同位置进行了声压反射系数幅度谱和相位谱测试分析,发现由相位谱测得的不同位置的声速值存在差异并且相位谱极值间的变化规律相反。结合扫描电镜（SEM）分析,认为这种差异是由涂层中孔隙与裂纹密集程度不同所引起的。借助数值计算,分析了涂层密度对相位谱的影响,进而解释了同一涂层试样相位谱极值间变化规律相反的原因。试验和数值计算结果表明,声压反射系数相位谱对涂层内部组织结构的变化更为敏感,可以用来表征涂层的非均匀性。     

曲面边缘均匀喷涂的路径分片规划方法

针对现有的切片法生成的喷涂路径在曲面边缘处喷涂不均匀的问题,提出一种基于点云模型的曲面边缘均匀喷涂的路径分片规划方法。该方法基于曲面点云模型,首先利用主成分分析法构建曲面外扩包围盒,基于外扩包围盒生成的主切片将曲面分片为一系列单条曲面,使得每一个单条曲面都对应于一条喷涂路径,再利用副切片将单条曲面分片为一系列单片曲面,使得每一个单片曲面都对应于一个喷涂路径点,以此生成喷涂路径。仿真结果表明：在期望涂层厚度为25μm时,对于规则边缘曲面,分片法获得的涂层厚度误差为4.33μm,比切片法减小了77.09%,涂层厚度标准差为0.81,比切片法减小了74.37%;对于不规则边缘曲面,分片法获得的涂层厚度误差为4.03μm,比切片法减小了77.42%,涂层厚度标准差为0.76,比切片法减小了73.15%。分片规划方法适应于规则和不规则边缘曲面喷涂路径规划,其在边缘处涂层均匀性优于切片法,实现了曲面边缘均匀喷涂。     

基于超声波声压反射系数相位谱测定热障涂层密度的方法研究

提出一种利用超声波声压反射系数相位谱无损测量热障涂层密度的新方法。采用电子束物理气相沉积技术(electric beam physical vapor deposit,EBPVD)制备平均厚度为150μm的ZrO2-7%Y2O3(质量分数)热障涂层试样,借助强流脉冲离子束(high-intensity pulsed ion beam,HIPIB)对部分试样进行辐照,改变涂层密度。利用11MHz宽频超声脉冲波通过垂直入射水浸聚焦方式对涂层进行实验测试。依据涂层密度与声压反射系数相位谱极值之间的关系,结合相位谱实验曲线确定原始热障涂层及经HIPIB辐照后涂层的密度范围分别为4.74～4.92和5.02～5.08g/cm3。超声法涂层密度测量结果与Archimede法测量结果相符。     

烟台鲁宝钢管有限责任公司引进的钢管紫外线固化喷涂设备成功投产

烟台鲁宝钢管有限责任公司最近新增了感应热处理线、紫外线固化、涡流漏磁联动探伤等设备，以优化产品结构，提高钢管表面防腐涂层的质量。其中，钢管紫线外固化喷涂设备由德国VENJAKOB公司提供，日前该设备已投入使用。使用结果表明，喷涂规格为中108～325mm的钢管，其涂层覆盖致密完整、均匀光滑、漆膜厚度不大于50μm，且附着力强。     

防脱碳涂层在U75V重轨钢生产中的开发与应用

为解决高碳含量的U75V重轨钢在加热过程中易出现严重氧化及脱碳而影响其力学性能的难题，通过对U75V重轨钢热物性能、脱碳特征的研究，考虑防脱碳涂层在加热过程的热膨胀系数和导热系数，采用以相变温度为分界点的分温度段设计理念，并结合氧化及脱碳特征分析了防脱碳涂层玻璃相、C平衡、固相致密烧结及综合热膨胀系数，有针对性地设计开发了防脱碳涂层。通过实验室实验调整了涂层组分，最后进行了工业现场试验验证。结果表明：所开发的防脱碳涂层在U75V重轨钢生产中的高温加热条件下，绝大多数情况下能保证钢坯脱碳层厚度在100μm以内，基本能实现零脱碳；未使用涂层的U75V重轨钢钢坯脱碳层厚度为270～550μm,大部分脱碳层厚度集中在450～550μm。采用防脱碳涂层，吨钢成本虽增加约16元，但在现有加热介质和加热工艺条件下，有效解决了U75V重轨钢加热过程中的脱碳问题。     

超声微弧氧化在医用钛合金表面制备生物活性涂层

采用超声微弧氧化技术(UMAO)在医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金表面制备生物活性涂层,并研究了磷酸盐电解液浓度和pH值对涂层表面形貌、涂层成分、孔隙率、及涂层厚度的影响。结果表明:涂层主晶相由金红石(Rutile)和锐钛矿(Anatase)结构的TiO_2相组成,涂层较无超声辅助涂层更致密均匀,与基体具有更高的结合强度。电解液中磷酸盐浓度和pH值增大时,阳极表面吸附阴离子磷酸氢根和OH-能力提高,从而易于钙盐胶体微粒发生电泳沉积过程。沉积于表面的钙、磷离子再经超声空化、微射流和微弧高温烧结过程扩散进入涂层内部,有利于提高涂层的生物活性。当磷酸盐浓度为0.18 mol/L,电解液pH值为4.9时,涂层厚度达76μm,孔隙率为22%,结合力为1.3 N,涂层表面分布大量微孔(3~10μm),为成骨细胞粘附生长提供较好空间。     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm.经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541 μm.涂层表面Ti/Al原子比约为0.9.涂层表面显微硬度HV0.025为23.5 GPa.由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样.     

PECVD制备DLC复合薄膜性能及模具应用

目的比较分析CrN过渡层与不同膜厚对DLC薄膜性能的影响,以及涂层模具的成型特性。方法采用PECVD方法在718合金试样及模具表面沉积Cr N/DLC复合膜,预设Cr N过渡层厚度为0.2μm,DLC膜层厚度为0.5～1.2μm。采用无损设备对不同沉积时间(10、15、20、25、30、35 min)的薄膜厚度进行表征,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜表面及截面结构特征。采用拉曼光谱(Raman)分析不同厚度DLC膜的峰位信息以及sp3-C/sp2-C的比例关系,用纳米压痕仪表征膜层硬度,用硬度计分析膜/基结合力,用轮廓仪表征薄膜表面特征,并探讨膜厚对薄膜性能的影响机制。结果薄膜的厚度值在预设范围以内,该方法制备的薄膜结构致密,表面光滑,无分层、凹坑、液滴粘附等缺陷。随涂层厚度的增加,薄膜中sp3-C/sp2-C的比例呈先减小后增大的趋势,G峰也先向D峰靠近,而后远离。薄膜硬度同样随膜层厚度的增加呈先增加后减小的趋势,1.06μm厚的Cr N/DLC膜的硬度最高(3600HV)。薄膜的结合力等级最高可以达到工业级的HF2。表面轮廓无较大波动,表面粗糙度Ra最低可达0.011μm。1.06μm CrN/DLC涂层模具的成型寿命是未涂层模具的3倍以上。结论对橡胶模具而言,适当厚度的DLC微/纳涂层处理可以起到一定的减磨、抗腐蚀效果,降低模具本体表面润湿性,保证橡胶件成型质量。     

等离子增强磁控溅射技术与纳米复合结构涂层

本文介绍了等离子增强磁控溅射技术（PEMS）的基本原理,以及利用该技术所开发的纳米复合结构涂层,这种涂层的微观结构为纳米颗粒的复合材料—TiSiCN涂层,该涂层具有非常高的表面硬度,具有极好的防腐耐磨性能,同时该涂层的厚度可达560μm,且具有非常好的附着力和柔韧性,不易从基材脱落及脆裂。利用等离子增强磁控溅射技术沉积的纳米复合结构涂层性能良好,具有非常广泛的应用前景。     

(Ti,Al)N涂层应力沿层深分布的调整及大厚度涂层的制备

利用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了（Ti,Al）N涂层,研究了N₂分压改变对涂层残余应力沿层深分布及相关力学性能的影响.结果表明,低N₂分压下,（Ti,Al）N涂层残余应力沿层深分布较均匀,随N₂分压的增加,涂层应力沿层深呈"钟罩型"分布,且全膜厚的应力值也明显增大;通过对涂层生长结构及微观成分分析,初步探讨了应力分布机理.随N₂分压的增加,涂层硬度会显著增加,而膜/基结合力则大幅下降;采用改变N₂分压工艺制备（Ti,Al）N涂层,可有效调整涂层残余应力沿层深分布趋势,改善其力学性能,并可成功制备厚度在130μm以上的硬质涂层.     

应用灰色系统理论预测沥青涂层在土壤模拟液中的寿命

目的基于灰色系统理论预测模型建立涂层腐蚀寿命的预测模型,利用该模型计算不同厚度的无溶剂环氧煤焦沥青涂层在滨海氯盐土模拟液中的涂层寿命。方法采用电化学方法,测定不同厚度无溶剂环氧煤焦沥青涂层涂覆的碳钢在滨海氯盐土模拟液中的交流阻抗值。基于灰色系统理论GM(1,1)模型将滨海氯盐土模拟液中测试的无溶剂环氧煤焦沥青涂料的低频阻抗模值和浸渍时间关系,建立涂层腐蚀寿命的预测模型。结果三种不同厚度无溶剂环氧煤焦沥涂层试样在侵蚀性溶液中浸泡240 d时,低频阻抗模值仍保持在8.3×10~8Ω·cm~2以上,应用预测公式计算的滨海氯盐土模拟液中三种无溶剂环氧煤焦沥涂层低频阻抗模值的实测值与预测值的相对误差小于6.0%,C0.35,P=1,该模型的预测精度好。涂层厚度为200μm的无溶剂环氧煤焦沥青层预测寿命t=781 d,涂层从浸泡初期阶段进入中期阶段。随着涂层厚度的增加,涂层寿命愈长,当涂层厚度为600μm时,其预测寿命达到2926 d。结论所建涂层腐蚀寿命的预测模型表现出较好的拟合精度和预测可靠度。     

碳纤维/丙烯酸聚氨酯导电涂料制备及其性能研究

目的研究碳纤维含量、助剂(分散剂、防沉剂)及涂层厚度等因素对涂层表面电阻的影响。方法以丙烯酸聚氨酯为基料,以短切碳纤维为导电填料,通过添加不同助剂制备了系列不同碳纤维含量的碳纤维/丙烯酸聚氨酯导电涂料及其涂层,对涂层的表面电阻进行了测试分析。结果碳纤维含量与涂层的表面电阻直接相关,综合涂层电性能及力学性能这两方面因素,碳纤维在涂层中的含量在4%~8%(质量分数)范围内为宜。分散剂的加入可降低涂层的表面电阻,分散剂的用量为碳纤维质量的12%~14%为宜。防沉剂的加入会导致涂层表面电阻上升,考虑涂层防沉效果和电阻两方面因素,防沉剂用量在0.5%~1.5%(质量分数)之间为宜。碳纤维导电涂层在施工中宜采用2~4道喷涂,厚度应控制在10~30μm之间。结论短切碳纤维、防沉剂、流平剂等助剂以及涂层厚度对于涂料导电性能有一定程度的影响,需根据实际需求优化配方和工艺,达到最佳导电能力。     

恒定动能Si3N4颗粒重复冲击不同厚度TiN/Ti涂层损伤特征对比分析

目的 研究砂粒冲击航空发动机压气机叶片不同厚度的TiN/Ti硬质涂层损伤特征与机理。方法 采用Si3N4硬质球恒定动能垂直重复冲击试验方法,研究厚度对TiN/Ti涂层冲击损伤的影响。通过对比涂层动力学响应、能量吸收率、冲击坑点轮廓、H3/E2值和损伤形貌,分析不同厚度涂层的冲击坑点损伤特征。利用ABAQUS软件仿真获得垂直冲击下涂层的应力分布。结果 在调制比为9∶1的两层TiN/Ti涂层中,厚度为25 μm的涂层坑点直径最大,达到382.49 μm,比坑点直径最小的涂层（20 μm）大了24.8%;厚度为25 μm的涂层坑点最深,达到8.17 μm,比坑点最浅的涂层（15 μm）大了49.9%;厚度为5 μm涂层的接触力峰值最大,为161.4 N,比接触力峰值最小的涂层（20 μm）大了26.1%。随着涂层厚度的增加,涂层的抗冲击能力先增加后减小,厚度为20 μm的涂层抗冲击能力最好。冲击坑点损伤特征有三种：中心区与过渡区的疲劳剥落与疲劳磨损,边缘区的疲劳圆周裂纹与疲劳剥落,涂层/基体变形,其中,以剥落为主。结论 硬质层内的应力梯度和重复交变拉/压应力导致硬质层内产生疲劳圆周裂纹和疲劳剥落,硬质层与结合层界面处的高应力梯度导致产生层间疲劳剥落。