铝合金基材表面耐磨性能强化研究现状

铝合金材料具有密度低、强度高、易加工等优点,已被广泛应用于汽车和航空航天等领域。为了延长铝合金零件在磨损、腐蚀等环境下的服役寿命,目前开发了众多先进的表面工程技术,实现了对铝合金基体的性能强化。基于此,本文综述了等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、激光重熔、氩弧重熔、冷喷涂、电火花沉积、激光熔覆、微弧氧化等九种表面技术对铝合金处理以强化耐磨性能的研究工作。大量研究发现,这些表面技术均在一定程度上提高了铝合金基体的耐磨性能。例如,等离子喷涂涂层可有效减轻高温条件下基体的磨损;重熔技术制备的涂层比喷涂涂层具有更高硬度和更优异的耐磨性能;采用硬质颗粒的冷喷涂技术制备的涂层具有显著提高的显微硬度;电火花沉积技术制备的沉积层内部均匀分布着高强度枝蔓状的Si相,能够极大地减小基体的摩擦系数。同时,本文总结了以上技术的优缺点及适用范围。例如,热喷涂效率高但易造成热应力集中,导致涂层与基体之间的结合强度降低;氩弧重熔在低熔点和易蒸发的金属和合金上重熔困难;激光重熔可消除大部分孔隙及夹杂的氧化物,但设备成本较高。最后,本文从采用多种技术复合处理、优化涂层工艺参数、加强新技术研发等方面,对未来铝合金基材表面耐...     

深冷处理粉末对冷喷涂层的沉积和磨损性能影响

对铁基非晶合金粉末进行循环深冷处理增强其塑性变形能力,采用冷喷涂技术在AZ31B镁合金、6061铝合金以及Q235碳钢等具有不同性能的基体材料表面制备非晶涂层,研究深冷处理铁基非晶粉末在不同基体表面的沉积行为、涂层与基体间的界面结合状态以及涂层的摩擦磨损性能。结果表明,基体的硬度、导热系数和弹性模量会影响颗粒的应变条件、散热速率和回弹能量,进而影响涂层的变形状态、致密程度和沉积效率;深冷处理提高了非晶涂层的沉积效率,涂层的沉积厚度均大于原始非晶涂层。在摩擦磨损过程中,随着基体硬度的上升,基体及涂层的摩擦系数增大,磨损率降低。与基体相比,铁基非晶合金颗粒有效抑制了磨球的切削作用,原始非晶涂层的摩擦系数减小,磨损率降低;与原始非晶涂层相比,深冷处理非晶涂层更加致密,其摩擦系数曲线更加平稳,磨损率进一步降低。镁合金基体和非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;铝合金基体的磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损以及氧化磨损,非晶涂层的磨损机制都为磨粒磨损和氧化磨损;碳钢基体和非晶涂层的磨损机制都为疲劳磨损和氧化磨损。     

电弧喷涂Al,Zn涂层和Al-Zn伪合金涂层的磨损性能

采用电弧喷涂制备了Al涂层、Zn涂层和Al-Zn伪合金涂层,在Falex试验机上测试了3种涂层的磨损性能。利用扫措电镜（SEM）、X－射线衍射分析（XRD）、能谱分析（EDX）等手段,地试样磨痕形貌及悄进行了分析。结果表明：Al涂层的磨损主要为粘着磨损和磨粒磨损,Zn涂层的磨损主要为氧化磨损,Al-Zn伪合金涂层的磨损兼有Al,Zn2种涂层磨损特征,但更接近于Zn涂层的磨损机理。3种电弧喷涂层中,Zn涂层的耐磨性能优于其他2种涂层,Al-Zn伪合金涂层的耐磨性能介于两者之间,但更接近于Zn涂层。在140℃以下,温度对3种涂层的磨损性能影响不显著。     

结晶器铬锆铜板表面等离子喷涂镍铬-碳化铬涂层的研究

利用等离子喷涂技术在结晶器CrZrCu基体上制备了Cr3C2-30NiCr涂层,采用正交试验法研究了喷涂工艺参数对Cr3C2-30NiCr涂层与基体间结合强度的影响,观察了断口宏观形貌和涂层的显微组织结构,并对涂层进行了显微硬度试验.结果表明,影响涂层与基体结合强度的因素的主次关系为:送粉速率＞主气流量＞喷涂距离＞功率;正交试验得出的最佳工艺参数为:喷涂距离130mm,主气流量120L/min,送粉速率30g/min,功率22kW;涂层与基体间的最高结合强度大于32.86MPa;涂层截面的显微硬度服从正态分布.     

Cr3C2-NiCr涂层对水力机械材料耐磨蚀性能影响研究

以水力机械材料中的A3钢为基体材料,选取UDS-200全自动爆炸喷涂系统为喷涂设备,通过不同喷涂功率在A3钢表面喷涂了5种不同孔隙率的Cr₃C₂-NiCr涂层样品。采用FE-SEM和显微硬度计,研究了Cr₃C₂-NiCr涂层样品的表面形貌和显微硬度;通过摩擦磨损试验和中性盐雾腐蚀试验,研究了Cr₃C₂-NiCr涂层样品对水力机械材料的耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,实施摩擦磨损后,Cr₃C₂-NiCr涂层样品表面的磨痕部位比其余部位更为光滑,磨痕呈现清晰的条纹状;Cr₃C₂-NiCr涂层样品的摩擦系数呈现先升高后降低的趋势,升高和降低的波动幅度较小,摩擦系数基本稳定在0.6左右;Cr₃C₂-NiCr涂层属于脆性材料,其质量磨损率与摩擦角度和摩擦速度成正比,而与摩擦温度成反比,孔隙率越高耐磨性能越差;Cr₃C₂-NiCr涂层样品的孔隙率越高,耐腐蚀性能就越差;随着孔隙率的逐渐提升,Cr₃C₂-NiCr涂层样品的失重量和失重速率均不断提升;喷涂层数越多,则Cr₃C₂-NiCr涂层的腐蚀速率越低,耐腐蚀性能越好,能够更好地保护水力机械材料不被介质腐蚀。     

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。     

微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNbx(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。     

超音速火焰喷涂WC-Co与NiCr-Cr2C3涂层磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层,测定了涂层孔隙率、显微硬度及油润滑下摩擦磨损过程中涂层材料失重,得出涂层摩擦系数随时间的变化关系,分析了涂层摩擦磨损机理.结果表明,WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层致密,孔隙率分别为1.29%和1.08%,显微硬度分别为1140HV0.3和950HV0.3.两种涂层均在摩擦时间25min时进入稳定磨损阶段,稳定摩擦系数均为0.1,涂层摩擦失重极小.油润滑下WC-Co涂层的摩擦磨损方式主要以为接触疲劳为主,伴随轻微的粘着磨损和磨粒磨损;NiCr-Cr2C3涂层碳化物的剥落和表面划痕较为明显,表面裂纹明显增多.     

WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明：氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。     

超细粉末低温超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层及其干摩擦磨损性能

为了进一步提高超细粉末WC喷涂层的性能,以5~15μm的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料,分别采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和超音速火焰喷涂(HVOF)技术在316L不锈钢表面制备WC涂层。通过聚焦离子束(Focused ion beam,FIB)对WC-10Co-4Cr粒子剖面形貌进行了原位切割并分析,利用SEM形貌、EDS谱和摩擦磨损试验对涂层的显微结构和干摩擦磨损性能进行了表征。结果表明:HVOF的高焰流温度使超细WC-10Co-4Cr粉末的粘结相充分熔融,WC硬质相溶于粘结相或发生脱碳,形成Cox(WC)y脆性相和W2C相,另外因Cr较低的表面张力使涂层内界面存在富Cr带,而LT-HVOF涂层没有富Cr带;LT-HVOF涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.632 2,1.560×10-5mm3/(N·m),均低于HVOF涂层;2种WC涂层的磨损形式均以磨粒磨损为主,HVOF涂层中的富Cr带在载荷作用下形成裂纹并易于沿其扩展,造成涂层较大块剥落,降低了WC涂层的耐磨性能。