调制周期对Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面沉积同等厚度的三种不同调制周期Ti-Ti N-Zr-Zr N软硬交替多层膜。用扫描电镜、显微硬度计、结合力划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析测试了多层膜的厚度、表面及截面形貌、硬度、膜/基结合力和抗砂粒冲蚀磨损性能等;重点研究了调制周期的改变对多层膜性能的影响。结果表明:随着周期数的增加,单一调制周期变薄,膜层中金属"液滴"颗粒等缺陷减少,同时也增加了大量的层间界面;层界面之间反复形核,晶粒细化,有利于多层膜表面光洁度、致密度、硬度、结合力和抗砂粒冲蚀能力的改善。     

Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜厚度对结构和性能的影响

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜，研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的表面及截面形貌、微观结构、硬度、结合力、残余应力、抗砂粒冲蚀性能和拉伸性能等。结果表明：随着多层膜厚度的增加，膜层表面颗粒增多，表面质量略有下降，择优取向由（200）晶面逐渐向（111）晶面转变；随着厚度的增加，残余应力逐渐增加，膜层硬度、膜基结合力、裂纹扩展抗力先上升后下降，在厚度为10.58μm时达到最佳，其硬度为3404Hv、结合力为58.6N、裂纹扩展抗力为758.49，抗砂粒冲蚀性能提高3倍以上；TC4钛合金表面镀多层膜后，屈服强度和抗拉强度均略有提升，但断后伸长率降低，当膜层厚度为14.50μm时，断后伸长率较基材降低30%，断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在一定范围内增加膜层厚度有利于提升性能，但需合理控制其厚度以减小对钛合金基材的负面影响。     

钛合金表面TiN/CrN纳米多层薄膜的制备及耐磨、耐腐蚀性能

纳米多层涂层在钛合金磨蚀防护领域具有重要应用。本实验采用电弧离子镀膜技术,在TC4钛合金表面制备TiN、CrN及TiN/CrN纳米多层涂层,分别对涂层的微观形貌、相结构、硬度、膜基结合力、摩擦磨损性能和电化学腐蚀性能进行了系统研究。结果表明,TiN/CrN纳米多层涂层沿(111)面择优取向生长,结构致密,调制周期为25 nm,硬度为24 GPa,多层结构打断柱状晶生长,有效阻断腐蚀介质扩散到基体的通道。相较于TiN、CrN涂层,TiN/CrN膜基结合力有显著提高。TiN/CrN涂层磨损率为3.44×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1),自腐蚀电流密度(i_(corr))为3.16×10~(-8)A/cm~2,显著低于TC4及TiN、CrN涂层,说明TiN/CrN纳米多层涂层的耐磨/耐腐蚀性能优于TiN、CrN单层涂层,并能对TC4基体在摩擦腐蚀环境下提供更好的防护。     

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明：DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。     

CrAlN抗冲蚀涂层制备及性能研究

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层的维氏显微硬度;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构。结果表明:靶电流从70A增大到110A,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;气压从1Pa增大至4Pa,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度;偏压对CrAlN涂层的结构及性能影响最大,偏压在-50V时涂层呈(200)择优取向,-100V涂层呈(111)择优取向,-200V时,涂层择优取向不明显;且随着偏压的增加,涂层的硬度及抗冲蚀性能增大,在高冲蚀角下,冲蚀的失效机理为脆性失效。结论:工艺参数中靶电流对表面质量的影响最大;涂层的生长取向与偏压密切相关;CrAlN涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,偏压对涂层抗冲蚀性能影响最大。最终优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、气压4Pa。     

真空阴极离子镀法制备Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜

过去,在不锈钢上沉积10μm以上多元多层软硬交替Ti/TiN/Zr/ZrN厚膜用以提高材料耐腐蚀性能的报道不多.采用阴极电弧离子镀结合脉冲偏压的方法制备了厚度选15 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪等考察了多层膜的形貌、厚度、相组成、硬度以及膜/基结合力,并利用电化学方法评价了基体、单层TiN薄膜以及多层膜的电化学腐蚀性能.结果表明:制备的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜界面明晰、结构致密、晶粒细小;膜/基结合力大于70 N,显微硬度达28 GPa;多层膜比单层TiN膜在提高1Cr11Ni2W2MOV基体的抗腐蚀能力方面具有更显著的作用.     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

空间对接锁系表面强化及润滑处理技术

为了改善空间对接锁系在空间环境中的抗磨损和防冷焊性能,采用等离子体浸没离子注入与沉积技术在钛合金零部件表面制备类金刚石碳膜(DLC)。通过摩擦磨损试验、划痕试验、压痕试验来表征DLC膜的摩擦性能、膜-基结合力及显微硬度。结果表明,经复合强化制备的DLC膜摩擦系数低于0.15、磨损率为1.7×10-7mm3/N·m、膜-基结合力达256 mN、显微硬度为21 GPa,能够有效地提高航天用钛合金零件的使用性能。采用DLC膜和Braycote 601EF真空润滑脂的固体-油脂复合润滑方式来进一步改善DLC膜在空间应用性能,试验证实该项技术可满足空间对接锁系零部件的抗磨损、防冷焊需求。     

35CrMo钢表面化学气相沉积多层硬质涂层的结构与性能研究

采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al2O3多层硬质涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能表面力学性能试验仪和摩擦磨损试验仪测试分析了涂层的组成结构、粗糙度和表面力学性能.结果表明:三种硬质涂层表面较均匀、致密,具有高硬度、低摩擦系数等特点,较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能.相比TiC/TiN双层,多层涂层具有更好的力学和耐磨性能,其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小,耐磨损性能最好,原因主要归于TC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N).     

激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在TC11合金表面成功制备NiCrBSi-Ti_3SiC_2-CaF_2-WC耐磨自润滑涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析熔覆层的物相及微观组织;利用显微硬度仪对其硬度进行了测量。分别在室温(25℃),300℃和600℃条件下对涂层进行干滑动摩擦磨损实验,并分析其磨损机理。结果表明:涂层主要由γ-Ni共晶相,M_(23)C_6,TiC,(Ti,W)C,Ti_5Si_3硬质相以及少量的Ti_3SiC_2,CaF_2,TiF_3润滑相组成。激光熔覆层的显微硬度大幅度提高,显微硬度平均值为863.63HV_(0.2),约为基体的2.46倍,熔覆层总体摩擦因数和磨损率明显低于基体,在300℃条件下,涂层具有最低的摩擦因数(0.275)和磨损率(4.8×10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1))。     

基于铝热反应Cu-Fe二元合金的微观组织与摩擦性能研究EI北大核心CSCD

基于铝热法制备含2%(质量分数)Al的Cu-Fe合金,采用XRD,SEM,EDS和EBSD技术对Cu-Fe合金的相结构、微观组织进行表征,同时采用HVS-1000A维氏硬度仪和CFT-1材料表面性能测试仪测试Cu-Fe合金的硬度及抗磨损性能。结果表明:利用铝热反应可高效地制备Cu-Fe合金,成分可控,组织致密无夹杂,其中Fe相均匀地分布在Cu基体中,Cu和Fe的相界面结合良好;Fe相的硬度为322.2HV,基体Cu相的硬度为169.3HV,Cu-Fe合金的电导率为40.8 MS/m。铝热法制备的Cu-Fe合金具有较低的摩擦因数,平均摩擦因数为0.124,磨损率为2.17×10^(-3) mm 3·N^(-1)·m^(-1)。     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

Magnetic Properties and Applications of Newly-developed Fe_(73.5)Cu_1Nb_(1.5)V_(1.5)Si_(13.5)B_9 Alloy

The synthetical soft magnetic properties including d.c. and a.c. magnetic properties and pulse magnetic property are reported for a newly-developed nanocrystalline Fe73.5Cu1 Nb1.5V1.5Si13.5B9 alloy The new alloy possesses high d.c. relative initial permeability of 12.5×104 and low coerciv ity of 0.54 A/m. Under the conditions of Bm=0.3 T, f=100 kHz and Bm=0.2 T, f=200 kHz the core losses of the new alloy are 543 kW·m-3 and 834 kW.m-3, respectively which can be compa rable with those of nanocrystalline Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 alloy. The analyses of core losses have been carried out in the wider range of f=20～104 kHz and Bm=0.0025～0.8 T and the approxi mate expression P(kW·m-3)=1.803 B:f1.77 has been obtained. The analyses of core losses in the range of f=20～104 kHz and Bmf=(10～40)×103(T.Hz) have shown that the core loss and the corresponding amplitude permeability roughly vary as P = 2.347×10-6(Bmf)1.97f-0.2231 and μa = 9.56× 105f-0.7464, respectively for the given product B.f. Some practical applica tions have also been mentioned.     

冷热循环处理对钛基非晶合金摩擦学性能的影响EI北大核心CSCD

钛合金的耐磨性较差,在钛合金活动部件表面制备钛基非晶合金涂层是一种保持钛合金优势又提升其耐磨性的选择。采用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、SEM、摩擦磨损试验机,对冷热循环处理前后钛基块体非晶合金的组织结构与摩擦行为进行比较研究。结果表明:经过冷热循环处理后的钛基块体非晶合金仍然保持着完全非晶态,弛豫焓提升11%。冷热循环处理后钛基非晶合金的平均纳米硬度从6.84 GPa降低到6.59 GPa,平均弹性模量从118.70 GPa降低到103.43 GPa,但硬度与弹性模量的比值增大。冷热循环处理后,钛基块体非晶合金在5 N和10 N的载荷下磨损率减小了约10%。与TC4合金相比,其在5 N和10 N载荷下的磨损率分别减小了20%和50%。TC4合金由于硬度较低,呈现较为严重的黏着磨损。冷热循环处理后,钛基非晶合金的磨损机制从铸态的磨粒磨损为主向磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损共同作用转变,且随着载荷的增大,黏着磨损减轻,磨粒磨损占据主导。因此,冷热循环处理是提升钛基块体非晶合金摩擦学性能的一种有效方法。     

The superplasticity and microstructure evolution of TC11 titanium alloy

The superplasticity is the capability of some metallic materials to exhibit very highly tensile elongation before failure. The superplastic tensile tests were carried out at various deformation conditions in this paper to investigate the superplastic behaviors and microstructure evolution of TC11 titanium alloy. The results indicate that the smaller the grain size, the better the superplasticity is, and the wider the superplastic temperature and strain rate is, in which the superplastic temperature is ranging from 1023 to 1223 K and the strain rate is ranging from 4.4 × 10^?5 to 1.1 × 10^?2 s^?1. The maximum tensile elongation is 1260% at the optimum deformation conditions (1173 K and 2.2 × 10^?4 s^?1). For further enhancing the superplasticity of TC11 titanium alloy, the novel tensile method of maximum m superplastic deformation is adopted in the paper. Compared with the conventional tensile methods, the excellent superplasticity of TC11 titanium alloy has been found with its maximum elongation of 2300%.     

高Cu铸造铝合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用压铸工艺制备Cu含量为5%~20%(质量分数,下同)的Al-Cu合金试样。在布氏硬度计上测定试样的硬度,利用球盘往复式磨损试验机进行3种载荷(1~5 N)的磨损实验,通过SEM和EDS分析不同Cu含量试样的磨损机理。结果表明:随着Cu含量从5%增加至20%,Al-Cu合金中θ相的体积分数由2.00%增加到25.80%,且θ相的尺寸逐渐增大;硬度从59HB增加到170HB。摩擦因数在0.4~0.85范围内变化;Al-Cu合金试样的比磨损率随Cu含量增加先急剧降低后趋于平缓,Cu含量达到15%以上合金试样比磨损率变化不大,最低比磨损率在4.1×10^(-4)mm 3·N^(-1)·m^(-1)左右;较低Cu含量试样的比磨损率随载荷变化显著,随着Cu含量增加比磨损率差别减小。Al-Cu合金的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,低Cu含量试样以黏着磨损为主,高Cu含量试样以磨粒磨损为主;随着载荷的增加,低Cu含量试样黏着磨损程度增加,高Cu含量试样磨粒磨损程度增加。     

Si含量对VAlSiN涂层微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射技术,在300℃下制备不同Si含量的VAlSiN涂层。研究Si含量的变化对VAlSiN涂层相结构、生长形貌、化学状态、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不含Si的VAlN涂层呈现(111)择优取向生长。随着Si含量的增加,VAlSiN涂层的(111)择优取向逐渐消失,最终转变为非晶结构。Si含量大于1.8%(原子分数,下同)的VAlSiN涂层是由nc-VAlN和a-Si_3N_4组成的多相复合涂层。与VAlN涂层相比,添加少量Si(0.8%)的VAlSiN涂层晶粒尺寸减小,致密度得到提高,对应的涂层硬度也得到显著增大,达到30.1GPa。继续增加Si的含量,VAlSiN涂层的柱状生长结构被打断,硬度逐渐下降,最后稳定在22GPa左右。VAlSiN涂层的摩擦因数随着Si含量的增加先降低后升高。当Si含量为0.8%时涂层的磨损率最低,达1.2×10~(-16)m~3·N~(-1)·m~(-1)。     

Wear perfornance of 0·6%Cr alloyed cast and heat treated steels with carbon contents of 0·7, 1·0, and 1·3%

Abstract

The effect of carbon content and heat treatment on the abrasive wear performance of three 0·6%Cr alloyed cast steels with carbon contents near the eutectoid composition (0·7, 1·0 and, 1·3%) were investigated using a pin on drum abrasion tester. Specimens were austenitised at 870,970, or 1070°C for 1 h and quenched. Additionally, a 1·3%C specimen was spheroidised, then austenitised at 870°C and quenched. The microstructure, which was dependent on heat treatment and carbon content, significantly influenced the wear rate. The wear rate is related non-linearly to hardness. The lowest wear rate was obtained for the 1·3%C alloy austenitised at 1070°C producing a quenched microstructure of 40% retained austenite and 60% martensite. This specimen also exhibited the lowest quenched hardness. However, for a practical industrial heat treatment, the 1·0 %C alloy austenitised at 970°C provides the best wear performance.

MST/3130     

具有纳米调制结构的AlTiN/AlCrN复合涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

目的 研究干摩擦条件下不同AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构对摩擦磨损行为的影响。方法 将处理过的合金工具钢和单晶硅片作为膜层生长的基底材料,在膜层制备之前,先对基底材料进行预处理,然后使用多靶磁控溅射纳米膜层系统沉积一系列不同调制周期和调制比的AlTiN/AlCrN纳米多层膜。通过控制涂层总厚度不变,在调制比为1︰1时,设计不同的调制周期,择优选出磨损量最小、耐磨性最好的调制周期,并以此为恒定值,进而设计不同调制比的试样。采用X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜的微观结构和性能,研究调制周期和调制比对AlTiN/AlCrN纳米多层膜微观结构和干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响。结果 AlTiN/AlCrN纳米多层膜主体均为面心立方结构,且在(111)、(200)和(220)晶面择优取向。调制结构对多层膜的磨损特性影响较大,当调制周期为14.4 nm时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的摩擦磨损量最小;在调制周期恒定为14.4 nm情况下,当调制比为3︰1时,在干摩擦条件下AlTiN/AlCrN纳米多层膜的耐磨性能最好;AlTiN/AlCrN纳米多层膜的磨损机理主要以磨粒磨损和黏附磨损为主。结论 优化的AlTiN/AlCrN多层膜纳米调制结构技术可应用在切削刀具的表面再制造领域,从而延长刀具工作寿命,通过涂层良好的耐磨性能提升设备的加工效率。