奥氏体不锈钢表面激光熔覆锆涂层的组织及硬度

为了提高常用奥氏体不锈钢的表面性能,延长其服役寿命,拓宽其使用价值,采用激光熔覆技术在一种典型奥氏体不锈钢表面制备了锆涂层,借助金相显微镜、XRD、ECC、EDS对熔覆涂层的微观组织进行了表征,利用维氏硬度测试仪对熔覆涂层和基体的硬度进行了测试。结果表明,锆涂层与基体具有良好的冶金结合,其中涂层晶粒主要呈树枝晶形貌,基体晶粒主要呈含退火孪晶的等轴晶形貌。激光熔覆涂层中Zr、Si元素主要富集在枝晶内,Fe、Cr元素主要富集在枝晶间,Ni、Mn元素分布较均匀。涂层区的硬度(约743.2 HV0.1)相较于基体区(230.5 HV0.1)有了显著提升,约为基体的3.2倍。这可能与涂层部分形成的枝晶结构的微观组织和其中的元素偏聚有关,此外第二相强化也不可忽视。     

镁合金表面电子束熔覆铝涂层

为提高镁合金表面耐蚀性,采用火焰喷涂与高能电子束重熔技术在AZ91D镁合金表面制备了A1涂层.分析了涂层的微观组织结构和各区域的元素分布情况,测试了涂层硬度与耐蚀性.结果表明,在电子束重熔过程中,Al-Mg元素在涂层与基体间产生了明显的扩散,呈现交错的界面结合特征.涂层主要由熔覆区、合金化区和热影响区三部分组成,其中合金化层为典型的树枝晶结构.由于涂层中形成大量金属间化合物如Mg2Al3、Mg17Al12,使硬度由基体的70～80 HV0.05提高到220 HV0.05.这些相的存在也显著的提高了AZ91D镁合金表面的耐蚀性.     

Ni-Cr-Al 涂层搅拌摩擦加工的作用机制

目的对热喷涂涂层进行表面改性。方法利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。结果形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。从涂层到基体形成了有层次的260μm厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。结论搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。     

真空烧结熔覆Ni60涂层的组织和性能

利用真空烧结熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60涂层,并对Ni60涂层的显微组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性进行分析。结果表明:Ni60涂层主要由γ-(Ni,Fe)、CrB和Cr_(23)C_6等相组成,涂层与基体界面处冶金结合良好;涂层的表面硬度为58.3 HRC,横截面上自表面到基体的硬度自676 HV0.2到220 HV0.2呈梯度分布;涂层的耐磨性为Q235钢的21.7倍,磨损机制为轻微的塑性切削和硬质相的脆性剥落;涂层的耐腐蚀性明显优于基体。     

HT250 铸铁表面等离子合金化 AlCoCrCuFex MnNiCx高熵合金复合涂层

目的通过等离子合金化高熵合金涂层,提高铸铁表面耐磨性。方法采用等离子合金化法,以等摩尔比的Al,Co,Cr,Cu,Mn,Ni单质金属粉在HT250铸铁表面制备高熵合金复合涂层。通过SEM,EDS,XRD等分析涂层的组织,测试涂层的显微硬度分布。结果由于铸铁基体少量熔化,基体中的Fe和C元素进入涂层,形成了厚度约为0.2 mm的Al Co Cr Cu FexMn Ni Cx高熵合金涂层。从涂层表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵的梯度变化。涂层主要由高熵合金的枝晶和枝晶间渗碳体、σ相等组织构成,主要有FCC,BCC,Fe3C及σ相。涂层的显微硬度大约为350~600HV0.2,明显高于铸铁基体的硬度(200~230HV0.2)。结论通过等离子合金化可以在铸铁表面形成高熵合金+碳化物的复合涂层,提高了铸铁的显微硬度,有利于铸铁表面耐磨性的提高。     

42CrMo钢火焰喷涂Ni60/WC涂层的电接触强化研究

目的研究电接触强化对氧乙炔火焰喷涂后42CrMo基体表面涂层组织与性能的影响,以改善涂层与基体之间的结合强度,提升基体表面性能。方法利用氧乙炔火焰喷涂,在基体表面制备Ni60/WC涂层,再进行电接触强化。通过金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等方式,对涂层及基体进行显微组织观察和物相分析,利用维氏显微硬度仪测量涂层到基体的硬度分布,并对电接触强化前后的数据进行对比分析。结果在热喷涂涂层厚度一定的情况下,经15 k A电流强度电接触强化后,涂层的致密性显著提高,孔隙明显减少,与基体接触部分的界面缝隙消失,结合方式发生改变。涂层硬度均匀性改善明显,维氏硬度显著提高,由原来400HV提升至720HV左右。涂层内部形成了Cr元素聚集区,W元素扩散明显,形成了合金元素碳化物,对涂层起到弥散强化作用。结论电接触强化能显著提高涂层性能与质量,改变涂层与基体之间的结合方式。     

电热爆炸喷涂法原位合成MoSi2涂层的试验研究

利用电热爆炸喷涂设备,在低碳钢基体上制备了MoSi:涂层.对涂层进行了显微组织、相结构、元素分布及显微硬度分析.结果表明,涂层中存在树枝晶、柱状晶和等轴晶,晶粒细小致密均匀.涂层主要由MoSi2相组成,并含有微量的Mo5si3相.涂层与基体间存在着原子扩散现象,为冶金结合.涂层显微硬度为1000～1400 HV0.1.     

激光熔覆AlCrCoMnNiFe合金涂层及性能研究

采用预置粉末法在45钢表面激光熔覆制备AlCrCoMnNiFe涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层的组织、合金元素分布及物相组成进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站测试涂层硬度、耐磨性以及耐蚀性。结果表明,涂层表面成型质量较好,组织均匀致密,存在等轴晶和柱状晶两种形态,主要由γ、Al_(5.5)Cr_(1.9)Fe_(2.55)、(Ni,Co)_3Al_4、(Al,Fe)_4Cr和AlMnCo_2相组成。涂层的硬度最高可达780 HV0.2,硬度和耐磨性比基体提高2倍多。涂层的自腐蚀电位较基体提高3倍,自腐蚀电流密度较基体小,涂层耐蚀能力提高明显。     

激光熔覆MoSi2粉末涂层的组织结构和性能

用XRD、SEM、EDAX和显微硬度仪研究了 4 5钢基体激光熔覆MoSi2 粉末涂层的组织结构和硬度。结果表明 ,由于基体的稀释作用 ,涂层的相组成为FeMoSi、Fe2 Si和少量的Mo5Si3 。涂层组织呈现典型的细小枝晶组织特征 ,枝晶为FeMoSi领先相 ,枝晶间为FeMoSi和Fe2 Si两相共晶 ,组织中无孔隙和裂纹等缺陷。Mo、Si、Fe线扫描成分分析表明 ,这些元素都分布在涂层 基体界面处 ,且缓慢过渡 ,基体与涂层发生互扩散 ,为冶金结合。涂层硬度可达 84 5HV0 5 ,基体硬度为 180HV0 5 ,涂层硬度比基体高 3 7倍。从涂层到基体硬度逐渐降低 ,过渡区比较缓和。     

电火花沉积 Fe 基涂层的组织及耐磨性能

通过电火花沉积技术在P20模具钢表面制备了Fe基涂层,利用SEM,XRD及摩擦磨损试验机等分析了涂层的组织结构、显微硬度及耐磨性能。结果表明:电火花沉积Fe基涂层组织均匀、致密;涂层中靠近界面处的组织为柱状枝晶,而涂层中上部组织为超细晶粒。涂层的平均硬度为637.1HV0.1,相比基体提高了1倍;涂层耐磨性优于基体,涂层中弥散分布的Cr7C3,CrB及Fe3C等硬质是Fe基涂层硬度及耐磨性提高的主要原因。涂层的磨损机理主要为磨粒磨损的微切削和疲劳磨损。     

An experimental study on synthesizing submicron MoSi2-based coatings using electrothermal explosion ultra-high speed spraying method

The MoSi₂-based coatings were synthesized on the surface of the low carbon steel substrate using electrothermal explosion ultra-high speed spraying method. Microstructure, phase structure, elements distribution and microhardness of the coatings were characterized by SEM, XRD, EDS and Vickers hardness tester, respectively. It is found that MoSi₂ coating and MoSi₂ + MoB₂ multiphase coating were in-situ formed. The coatings have compact microstructure, submicron-grain and high hardness. The bonding of coating-substrate is metallurgical one. The hardness and microstructure of the MoSi₂ coating were improved by boron alloying. The average and highest hardness of the MoSi₂ coating are 1340 HV_0.2 and 1390 HV_0.2, respectively, and that of MoSi₂ + MoB₂ multiphase coating are 1650 HV_0.2 and 1785 HV_0.2, respectively.     

自反应电弧喷涂原位合成Ti(C,N)-TiB2-Al2O3复相陶瓷涂层

以Ti+B4C为反应药芯、Al为外皮材料制备反应型喷涂丝材,探讨利用自反应电弧喷涂技术在45钢基体表面制备复相陶瓷涂层的可行性。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析、观察了涂层的组织与结构,测试了涂层的主要力学性能。结果表明:利用制备的药芯丝材进行喷涂试验,可获得由TiB2、TiB、TiC0.3N0.7、TiN、Al2O3、AlN等多相组成的复相陶瓷涂层。涂层呈典型的层状结构,其连续的基体相内弥散分布着离散的第二、第三相。涂层与基体间的结合强度为18.9MPa,涂层的平均显微硬度与弹性模量分别为735.4HV0.2和461.4GPa,摩擦因数在0.45～0.50之间,耐磨性能较基体材料提高3倍以上。     

燃料类型及喷涂参数对HVOF喷涂WC10Co4Cr涂层的组织及力学性能的影响

超音速火焰喷涂（HVOF）制备的WC基金属陶瓷涂层广泛应用于金属构件的磨损、腐蚀及空蚀防护。分别采用氢气燃料及煤油液体燃料HVOF喷涂设备分别在9种不同的工艺条件下制备了WC10Co4Cr涂层,研究了燃料类型对涂层的组织、残余应力及力学性能的影响规律。在两种燃料HVOF工艺各自优化的喷涂参数条件下,通过对基体曲率的原位监测对比测试了涂层中的平均残余应力;利用显微维氏硬度、压痕法（断裂韧性）和球盘摩擦磨损对比研究了涂层的力学性能。结果表明：液体燃料（LF）HVOF焰流中粒子的温度更低,速度更高。LF-HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内的残余压应力更高且涂层致密度更高,而气体燃料（GF）HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内为残余拉应力。LF-HVOF涂层（1280 HV_0.3, 7.3 MPa·m^0.5）比GF-HVOF涂层（1032 HV_0.3, 4.5 MPa·m^0.5）具有更高的硬度和断裂韧性,LF-HVOF涂层的耐磨性约为GF-HVOF涂层的1.7倍。     

H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

7075铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层的组织及性能

采用激光熔覆技术在7075铝合金表面制备了Ti/TiBCN复合涂层,研究了工艺参数对复合涂层的微观组织及性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了Ti/TiBCN复合涂层的相组成和微观组织;利用显微维氏硬度计和往复摩擦磨损试验机研究了Ti/TiBCN涂层的性能。结果表明:当激光功率1 000 W,扫描速度3 mm/s,送粉率300 mg/min时,Ti/TiBCN复合涂层质量最好。涂层上部由树枝晶和部分胞状晶组成,涂层中部为等轴晶,涂层下部呈现球形的TiBCN颗粒。与铝合金基体相比,涂层的平均硬度为519.4 HV0.2,是基体(~120 HV0.2)的4.3倍;涂层的平均摩擦因数为0.208,约是基体(0.442)的1/2;涂层磨损损失量为2.7 mg,约是基体(8.2 mg)的1/3。     

沉积气氛对电火花沉积Mo2FeB2基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,2种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度(HV_(0.05))分别为12 862和10 129 MPa,相差2733 MPa,前者涂层2 h的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。2种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。     

脉冲能量对电火花沉积Mo_2FeB_2基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

为研究脉冲能量对电火花沉积制备Mo2Fe B2基金属陶瓷涂层组织及性能的影响,在3种脉冲能量(1.35,6.41和17.81 J)下分别制备了沉积涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、显微硬度计及摩擦磨损实验机对涂层的组织与性能进行研究和表征。结果表明:3种脉冲能量所制备的涂层物相组成均由非晶相、马氏体和Fe3B相组成,脉冲能量17.81 J时涂层的非晶相含量最低;单个沉积点的溅射范围和涂层表面裂纹数随着脉冲能量的增大而增大,涂层厚度随脉冲能量增加到一定厚度后变化不显著;涂层与基体间形成良好的冶金结合。脉冲能量6.41 J时,涂层截面具有最高的峰值显微硬度1 349 HV0.05;同时,该涂层稳定阶段的摩擦因数(0.313)和1 h磨损量(0.7 mg)均为3种涂层中最低,耐磨性最佳。     

Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Microhardness of Nanostructural Al2O3 Coatings

Nanostructural Al₂O₃ coatings were formed on a steel substrate surface using a multichamber detonation sprayer. The Al₂O₃ coatings were characterized by a dense microstructure with porosity below 1% and hardness of 1300 ± 25 HV_0.3. The transition layer between the coating and substrate was up to 15 μm thick, containing Fe-Al-type intermetallic compounds (FeAl₃, Fe₂Al₅). Postdeposition heat treatment of the samples at 850 °C for 3 h was carried out in air and argon environments. The effect of heat treatment on the microstructure and microhardness of the Al₂O₃ coatings was investigated by optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, scanning probe microscopy, x-ray phase analysis, and Vickers hardness testing. A positive impact of postcoating heat treatment on the coating microstructure and microhardness was observed. Heat treatment resulted in an increase in the coating hardness from 1300, to 1350 ± 25 HV_0.3 and 1600 ± 25 HV_0.3 after annealing in air and argon, respectively. Heat treatment in argon led to a more significant increase in the α-Al₂O₃ phase from 47 to 81%.     

激光熔覆NiCr涂层的结构及摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了涂层的组成和组织结构。在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对NiCr涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:NiCr涂层的主要组成物相为NiTi、Ni3Ti、Ni4Ti3、Cr2Ni3和Cr2Ti,涂层与基材冶金结合,涂层晶体结构主要为树枝状晶,涂层的平均显微硬度约为780HV0.2,涂层的摩擦因数随载荷和滑动速度的增加而减小;磨损率随载荷的增加而增加,随滑动速度的增加而减小。涂层的磨损率在10-6 mm3/Nm数量级,具有优异的耐磨性能。     

Effect of prior plasma nitriding applied to a hot-work tool steel on the scratch-resistant properties of PACVD TiBN and TiCN coatings

Ternary TiBN and TiCN coatings on a hot-work tool steel substrate with and without plasma nitriding (PN) prior to plasma-assisted chemical vapour deposition (PACVD) were investigated. Compositional analysis with a radio frequency glow discharge optical emission spectroscope (rf-GDOES) showed mixtures of TiBN + TiN and TiCN + TiN in the PACVD TiBN and TiCN coatings, respectively. Each coating layer had a compositional gradient across the coating depth and slightly into the substrate. The microhardness profiles (HV_0.1) of the substrate with and without PN from the interface with the coating to the substrate core were determined. The depth of the effective nitrided diffusion layer was confirmed from the examination of its optical microstructure. The adhesion of these two coatings to the substrate was evaluated through scratch tests in the progressive mode. It was found that with increasing load, both of the coatings on the substrate with and without prior nitriding deteriorated in the same failure modes. Critical loads corresponding to the first microcracking related to cohesive failure, spallation related to adhesive failure, breakthrough and worn out were determined and used to quantify the scratch resistance of these coatings. With PN prior to PACVD, both the cohesion and adhesion properties of the TiBN and TiCN coatings were remarkably improved. This improvement was attributed to a functionally gradient hardness configuration from the coating through the nitrided diffusion layer to the substrate.