SHS铸造技术制备涂层的研究进展

自蔓延高温合成是一种材料制备的新方法,它与铸造技术相结合,成功地应用于涂层制造领域.本文概述了自蔓延高温合成铸造技术的基本原理和特点.综述了SHS离心铸造涂层、SHS熔铸涂层、SHS反应铸渗涂层的研究进展,并指出自蔓延高温合成铸造技术在涂层制造领域的研究方向.     

TiCNi/Al自蔓延反应热压复合涂层的制备

采用自蔓延反应热压工艺,在铝合金表面制备了TiCNi金属陶瓷基复合材料涂层.分析了TiCNi金属陶瓷SHS反应热压加压时间、混粉工艺、元素比和粉末颗粒尺寸、预制块密度、反应热压温度、反应热压压力大小、涂层厚度等SHS反应热压工艺参数对涂层与基体间界面结合状态和涂层组织的影响.观察和测试了其显微组织、热震性能以及显微硬度.结果表明,TiCNi涂层与基体Al实现了冶金结合.并分析了TiCNi/Al反应热压复合过程中,涂层内部及涂层与基体之间发生多级自蔓延高温合成反应机制,从而揭示了TiCNi/Al自蔓延反应热压复合机理.     

铝合金表面SHS辅助激光熔敷TiCNi涂层工艺研究

基于Ti与C自蔓延高温合成反应原理,利用SHS(自蔓延高温合成)辅助激光熔敷技术,通过优化激光功率、扫描速度、光斑直径、光斑搭接率等工艺参数,成功地在LY12铝合金基体表面制备出TiCNi功能梯度金属陶瓷基复合材料涂层.显微组织分析、能谱分析和X射线衍射分析表明,熔合层为Ni-Al金属间化合物.涂层组织致密而纯净,各层之间成分彼此扩散,无明显的界限,为完全的冶金结合.反应热粗化了临近界面基体的晶粒度;解释了涂层合成过程和结合机理.涂层的彤成是Ti与Ni、Ti与C、Ni与Al之间的一系列SHS反应的结果.不同温度下的热震性测试结果表明,涂层的热震性能优良.     

Ti-C-Al-Ni体系热爆反应的热力学理论分析及其影响因素

根据热力学理论,对Ti-C-Al-Ni体系自蔓延高温合成技术(SHS)反应热力学参数进行了计算,结合差示扫描热(DSC)、X射线衍射(XRD)探讨了颗粒形成过程和反应机理.通过Ti-C-Al-Ni增强体SHS热爆反应(Ar气保护)制备TiC颗粒增强相,研究了制备反应的影响因素、反应产物相组成,为SHS铸造法制备颗粒增强钢基复合材料工艺参数的选择提供了依据.     

高温自蔓延合成复合涂层的研究现状

高温自蔓延合成技术因其节约能源、生产效率高、投资少、产品纯度高等特点,已用于制备特种性能陶瓷,是一种潜在的制备高性能涂层的方法 .介绍了由传统高温自蔓延合成技术延伸发展起来的自蔓延铸造涂层技术、自蔓延气相传输涂层技术、自蔓延烧结涂层技术和自蔓延反应喷涂涂层技术,重点分析了各种自蔓延合成涂层技术的基本原理、工艺特点、涂层特点、应用情况、研究现状及存在的主要问题.针对自蔓延合成涂层技术存在的问题,如孔隙率高(一般达5%~20%)、结合强度差(低于50 MPa)、反应速度快、过程难以控制等,提出了高温自蔓延合成复合涂层技术的研究方向:优化反应体系组分设计,设法避免低气化点反应生成相的形成,减轻自蔓延合成反应过程中的飞溅;加入添加剂延长液态停留时间和增强液相流动性;选择反应生成相与相之间以及生成相与基体金属都具有良好润湿性的反应体系;优化涂层结构设计,设计复合结构和梯度结构的涂层体系,提高涂层与金属基体的结合质量.     

自蔓延高温合成陶瓷内衬复合管的研究进展

概述了自蔓延高温合成(SHS)技术的特点;介绍了陶瓷内衬复合管的制备原理和工艺;分析了SHS在热力学、动力学以及燃烧合成机理上的研究.从提高陶瓷层的结合强度、韧性、致密度、耐腐蚀性等方面,综述了提高SHS陶瓷内衬复合管性能的措施.并指出了SHS陶瓷内衬复合管的研究方向.     

基于SHS技术制备Al-Ti-C晶粒细化剂的研究

开发了一种制备Al-Ti-C晶粒细化剂的新方法--自蔓延高温合成法(SHS).分别采用直接SHS工艺和铝液中的SHS工艺制备出了所需的晶粒细化剂,结果表明:用SHS工艺直接合成的细化剂由Al和亚微米TiC粒子组成,而铝液中燃烧合成的细化剂则由Al、块状Al3Ti和粒状TiC组成.上述两种工艺制备的细化剂对工业纯铝均有良好的晶粒细化效果,但比较而言,铝液中的SHS工艺更适合细化剂的低成本制备.     

反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层的动力学

以钛铁、铁和石墨为主要原料,用反应火焰喷涂技术制备TiC/Fe复合涂层。在喷涂过程中,在氧乙炔火焰条件下引燃Fe-Ti-C体系的自蔓延高温合成(SHS)反应,研究该SHS反应的动力学。结果表明,适当增加铁和石墨,或减小反应组元的粒度,会显著降低体系的点火温度,可促进Fe-Ti-C反应体系在氧乙炔火焰中的点火进程。喷涂粉末粒度、氧乙炔火焰功率、喷涂距离以及喷涂粉末的原料配比均会影响Ti-C间的反应程度,从而影响Fe-Ti-C体系的反应动力学。     

纯铜表面SHS反应热喷涂Al_2O_3基复合陶瓷涂层的性能研究

采用SHS(自蔓延高温合成)反应火焰喷涂工艺,将Al-CuO铝热反应体系引入到喷涂陶瓷材料中,在纯铜表面制备Al2O3基复合陶瓷涂层.结果表明,SHS反应热喷涂层与基体的结合好于常规热喷涂,辅以Ni-Al合金打底,复合涂层500度下热震循环40次时仍完好无损.复合涂层的XRD图谱表明,在层间及涂层内部生成的NiCu及AlxCuy化合物有助于增强涂层的性能,同时Al的适当过量可以起到弥补喷涂过程中Al的损失并为体系提供良好的液相环境的作用,提高反应转化率,降低孔隙率,同时复合涂层具有较好的耐磨性及抗氧化性.     

反应等离子喷涂 TiN 涂层的研究进展

TiN具有硬度高、韧性好、摩擦系数小、化学性能稳定等优点,广泛应用于刀具、装饰、表面防护等领域。目前制备TiN涂层的方法有很多,如气相沉积、热喷涂、电镀等,反应等离子喷涂则是最常用的金属-陶瓷复合涂层制备方法。概述了反应等离子喷涂技术的基本原理和分类,包括反应等离子喷涂涂层的形成过程及工艺的优缺点。综述了反应等离子喷涂TiN涂层的喷涂工艺及性能的研究进展,包括涂层的制备方法(原位合成法、烧结破碎法)和性能特点,重点分析了涂层的力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能,并提出了可以依靠热处理工艺或封孔技术来提高涂层的耐腐蚀性能。依据实验和查阅的文献,反应等离子喷涂结合了自蔓延高温合成技术和等离子喷涂技术,可以制备质量优良的厚TiN涂层(500μm),是一种新型的低成本涂层制备技术,但是反应等离子喷涂制备TiN涂层存在孔隙率较高(5%~10%)、结合强度较低(50 MPa)的问题。分别从技术、设备、工艺、后处理四个方面总结了改善涂层质量的相应措施,展望了今后的研究发展方向。     

Ti1-xAlxN涂层LPCVD过程模拟中的热力学计算

本文通过Thermo-Calc相图热力学计算软件建立了包含亚稳Fcc—Ti1-xAlxN相的Ti-Al-N三元体系的热力学模型,并对Ti1-xAlxN涂层的LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）过程进行了计算模拟。研究了AlCl3,NH3和H2等反应气体成分变化对涂层中的Al含量的影响,理论预测结果与文献报道的实验结果吻合良好。利用计算模拟手段探究了富A1—Ti1-xAlxN涂层的沉积过程,并预测了富Al—Ti1-xAlxN涂层中的Al含量随反应气体成分以及沉积温度改变的变化情况。发现适当增加AlCl3、NH3／H2值及沉积温度均可提高涂层中的Al含量。     

激光控制反应合成Ni/Al金属间化合物涂层的研究

用大功率CO2激光器在铸钢基体上反应合成了Ni／Al金属间化合物涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的组织和相组成，并对其进行抗高温氧化性能测试，对高温氧化前后的涂层进行电子探针分析。结果表明：低功率快扫描速度下的激光控制反应合成涂层成型质量良好，与基体形成冶金结合，并且连续致密无裂纹，对基体影响小。从基体到涂层表层垂直方向分别为沿基体生长的平面晶区、柱状晶区和表层等轴晶区，涂层主要由Ni／Al金属间化合物组成。高温氧化前后涂层各元素的组成几乎无变化，涂层抗高温氧化性能优良。     

Fabrication of WC/Fe composite coating by centrifugal casting plus in-situ synthesis techniques

Using tungsten wires as a reactive source, an iron-based composite coating, reinforced by tungsten carbide (WC) particles, with a thickness of 3.0 mm, was fabricated on the surface of a gray cast iron substrate by centrifugal casting plus in-situ synthesis techniques. With the help of differential thermal analysis (DTA), an appropriate pouring temperature of the gray cast iron molten was determined to be 1300 °C. The experimental results show that the composite coating is dense and consists mainly of primary WC carbides, fine secondly WC carbides as the reinforcing phases and pearlite accompanied by negligible graphite flakes as the matrix. Wear resistance of the composite coating was determined with a pin-on-disc wear test technique, indicating that the composite coating, containing high volume fraction of hard WC carbides, present good wear resistance property compared with the un-reinforced gray cast iron, regardless of load level. Additionally, according to the Fe-W-C ternary phase, reaction paths between tungsten wires and molten, and in-situ synthesis of WC particles, were investigated.     

Porous FeAl intermetallics fabricated by elemental powder reactive synthesis

Fabrication of porous FeAl intermetallics has been realized through the Fe and Al elemental powder reactive synthesis. The swelling behavior, synthesis process and microstructure of the porous FeAl intermetallics fabricated by reactive synthesis have been systematically studied. The pore structural parameters as a function of the sintering temperature have also been systematically investigated. It has been confirmed that the pore evolution in the porous FeAl intermetallics is attributed to the following four steps: the inter-particle pores formed during the pressing procedure, the Kirkendall pores formed during the solid-state sintering, pore formed through the liquid Al reaction, and the phase transformation during the high temperature sintering.     

La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料全温域抗氧化行为研究

采用高温反应熔渗工艺制备了ZrB2-SiC和La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料,对比了2种涂层试样在中温(7001100℃)、高温(12001500℃)和超高温(2000℃以上)3个温域范围内的抗氧化性能。结果表明:7001100℃范围内,随着温度的升高,La2O3改性涂层试样的抗氧化性能提升幅度在逐渐提高。1200℃1500℃范围内,涂层均表现出良好的长时抗氧化性能,La2O3改性ZrB2-SiC在1200℃下恒温氧化250 h后,仍保持微量的增重;涂层复合材料良好的高温抗氧化性能主要其在是由于氧化过程中涂层表面形成的La-Si-O复合玻璃层和钉扎相ZrSiO4的协同作用提升了氧化膜的高温稳定性。在2000℃以上的氧乙炔火焰烧蚀环境下,La2O3的添加使得ZrB2-SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率均降低了近50%,其主要归因于表层La-Si-O和ZrO2玻璃层对烧蚀缺陷的愈合作用。     

反应火焰喷涂三元硼化物金属陶瓷涂层的组织和性能

反应喷涂是近年来发展的一种制备陶瓷/金属复合涂层的新技术,它是将自蔓延高温合成与普通的热喷涂技术相结合,在合成材料的同时使合成材料沉积,陶瓷相为原位合成,晶粒细小,与金属基体之间结合良好.采用反应火焰喷涂方法在45钢表面制备Mo2FeB2三元硼化物金属陶瓷涂层,分析了粉末团聚方式对涂层显微组织的影响,测试了涂层的显微硬度及耐磨性能.结果表明:团聚粉末经过火焰喷涂获得Mo2FeB2三元硼化物金属陶瓷涂层,其显微硬度达到1 200HV0.1,具有良好的耐磨性能.     

Morphology, structure and formation mechanism of silicide coating by pack cementation process

The MoSi2 coating on C 103 niobium based alloy was prepared by pack cementation method. The formative mechanism, morphology and structure of coating were investigated. The silicide coating was formed by reactive diffusion obeying parabolic rule during pack cementation process. It is found that the composite structural coating is composed of three inferior layers as follows. The main layer is composed of MoSi2, the two phases＇ transitional layer consists of NbSi2 and a few NbsSi3 and the diffuse layer is composed of NbsSi3. The dense amorphous glass layer formed on the surface at high temperature oxidation circumstance can effectively prevent the diffusion of oxygen into coating.     

Kinetic Spraying Deposition of Reactive-Enhanced Al-Ni Composite for Shaped Charge Liner Applications

Liners used in shaped charges (SC) must possess good penetration ability and explosive power. Producing the reactive layer (i.e., the Al-Ni composite) on a well-penetrating liner (i.e., Cu) via spray coating is a novel method; the exothermic reaction of this reactive layer can be enhanced by controlling the structure of the feedstock material. However, preceding studies have been unable to completely succeed in achieving this goal. There is still an opportunity to improve the performance of reactive layers in SC liner applications. In order to address this problem, a reactive Al-Ni composite powder was produced via arrested reactive milling (ARM) and deposited by a kinetic spray process. Afterward, the deposition state and self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction behavior of the ARMed Al-Ni deposit were investigated. The deposition state was degraded by the ARM process due to the remaining solid lubricant and the strain-hardening effect, but the practically estimated bond strength was not poor (~40 MPa). No SHS reactions were induced by the ARM and kinetic spray process, which resulted in the quantitative maximization of the exothermic reaction. It is noteworthy that the initiation temperature of the SHS reaction was highly advanced (~300 °C) relative to preceding studies (~500 °C); this change is due to the additional mechanical activation initiated by the kinetic spray deposition.