Fe高温浸渗法制备防静电3Y-TZP陶瓷及其性能研究

以3Y-TZP陶瓷为基体, 采用还原Fe粉包埋、高温浸渗的表面改性方法, 制备防静电性能与力学性能兼备的ZrO₂陶瓷。研究了浸渗时间、浸渗温度对ZrO₂陶瓷表面电阻率及硬度的影响, 结果表明：随着浸渗时间延长, 浸渗温度升高, 表面电阻率降低, 硬度下降。在1000℃浸渗4 h, ZrO₂防静电陶瓷表面电阻率由10¹⁴ ?/□以上降低至8.3×10⁷ ?/□, 硬度由12.7 GPa降低至11.23 GPa。采用XRD、SEM、XPS等方法对防静电ZrO₂陶瓷的显微结构、化学组成及防静电机理进行了分析。结果表明, 浸渗过程中, 发生由t-ZrO₂转变为m-ZrO₂相变; Fe元素以Fe₃O₄、FeO、单质Fe的形式存在晶界处, 从而使ZrO₂陶瓷具备了防静电性能。     

钽表面的甲烷等离子渗碳改性技术研究

为了增强钽表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能, 使用基于空心阴极效应的离子渗碳法, 以氩气和甲烷作为渗碳气体对钽片表面进行渗碳实验, 利用X射线衍射、扫描电镜、俄歇电子能谱分别对改性层进行成分、形貌及元素化学状态等分析。实验结果表明, 在渗碳温度1300℃, 渗碳时间20 min的条件下可以得到由Ta C与Ta2C两相组成、厚度约为6μm的渗碳层, 其中表层Ta C厚度约为3.5μm, 过渡层中碳含量呈梯度分布。渗碳后样品改性层表面变得致密并消除了基体的孔洞缺陷。碳与钽的俄歇峰位变化说明渗碳过程中碳元素进入了样品表面并与钽结合, 渗碳过程中表层组分逐渐由金属钽向Ta C转变。     

医用锻造CoCrMo合金高温渗碳性能研究

采用高温气体渗碳技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面渗碳处理.考察了高温渗碳行为对钴铬钼合金性能的影响.运用XRD、显微硬度计和光学动/静态接触角仪等分析手段对渗碳层的物相组成、表面硬度及润湿性能进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在Tyrode’s 溶液润滑条件下对渗碳层的摩擦磨损性能进行测试.结果表明：医用锻造钴铬钼合金经高温渗碳处理后,形成致密的硬质化合物相Cr3C2,合金硬度较未处理试样明显升高,最高可达560 HV.与未处理合金试样相比,渗碳合金的亲水性及耐磨损性得到明显改善,耐磨损性提高近3 倍.     

不锈钢等离子渗碳工艺及渗层组织和性能的研究

采用渗碳工艺能够提高不锈钢的耐磨性,但不锈钢表面钝化膜的存在使一般渗碳工艺较难进行.采用离子渗碳工艺对1Cr18Ni9Ti进行了试验和渗后力学性能的研究,结果表明,等离子渗碳速度快,经等离子渗碳后炉冷、渗层碳浓度梯度平缓,表层维氏硬度为600～625 HV,过渡层维氏硬度为370～450 HV,表层和过渡层组织为细小粒状碳化物 奥氏体,心部主要为奥氏体,渗层耐磨性好,基体力学性能优良.     

锆合金包壳在典型高温空气中热氧化膜特性的初步研究

在锆合金包壳表面形成的氧化锆陶瓷层的厚度及致密性是影响其抗磨损性能的主要因素。为此，研究了Zr-Sn、Zr-Nb和Zr-Sn-Nb 3种不同成分锆合金在560,600℃典型高温空气中热氧化时氧化锆陶瓷层厚度及致密性随时间的变化规律，探讨了试验表征时间内不同成分锆合金包壳在空气中热氧化时可形成的致密氧化锆陶瓷层的最大厚度。结果表明，试验时间内典型温度下Zr-Nb锆合金包壳的氧化锆陶瓷层厚度增长速率最大，Zr-Sn-Nb锆合金包壳的次之，Zr-Sn锆合金包壳的最小；同种成分锆合金包壳在600℃中的氧化锆陶瓷层厚度增长速率大约是560℃的2倍；在600℃中Zr-Sn和Zr-Sn-Nb锆合金包壳的氧化锆陶瓷层厚度分别在4～5μm、9～10μm时已出现较明显的裂纹，而Zr-Nb锆合金包壳的氧化锆陶瓷层厚度在达到12μm时致密性仍较好，无明显裂纹。     

氧化锆层状复合陶瓷表面压应力与相变增韧的关系

利用维氏硬度仪和X射线应力分析仪、X射线衍射仪等手段分别对单层和层状氧化锆陶瓷进行了力学性能测试和分析,研究结果表明,在ZrO2层状复合陶瓷中,压痕裂纹的形成除了因塑性区体积变化产生的残余应力外,还与相变应力和表面压应力有关,表面压应力对表面裂纹具有较大的抑制作用.层状陶瓷断裂韧性提高,主要是通过表面压应力对压痕裂纹区应力强度因子的贡献、提高断裂相变量,强化相变增韧效果、细化晶粒等几个方面来实现的.     

钛铝基合金离子碳氮共渗及其耐磨性的研究

为提高TiAl基合金的耐磨性及抗高温氧化性,利用渗氮在TiAl基合金表面形成氮化物,以提高耐磨性;渗碳形成致密且与基体结合牢固的碳化物层,提高抗高温、抗氧化性;将二者结合,采用辉光离子碳氮共渗的方法,研究了渗层的相结构组成、不同工艺参数对TiAl基合金离子碳氮共渗后渗层厚度以及表面硬度和耐磨性的影响.结果表明:TiAl基合金共渗层是由碳氮化合物层与过渡层组成的复合相结构;随共渗温度的升高和时间的延长,渗层厚度增加;与未经共渗处理的试样相比,表面硬度及耐磨性显著提高.X射线衍射结果显示,渗层主要由TiC,TiN,AlTi3,Al2O3等组成.     

热障涂层HCPEB改性过程中的应力研究

通过有限元分析软件Abaqus,采用三维模型,对热障涂层表面强流脉冲电子束改性过程进行了数值模拟,分析了电子束轰击过程温度变化以及涂层系统内部应力的分布情况。结果表明,随着外界能量的增加,涂层温度随着涂层厚度的增加而减小;当外界能量消失,冷却过程中,由于涂层表面和周围的热辐射和热扩散作用,陶瓷层表面最先冷却,此时陶瓷层内部温度略微升高,之后陶瓷层内部热能通过陶瓷层表面进行释放,最后整个涂层冷却至室温,温度随时间变化率高达106~107K/s。冷却至室温时,应力随陶瓷层厚度的增加呈先减小后增加的趋势,而在涂层表面径向应力先减小后增加,达到0.5 MPa后,应力开始减小至稳态值。     

热障涂层HCPEB改性过程中的应力研究（英文）

通过有限元分析软件Abaqus,采用三维模型,对热障涂层表面强流脉冲电子束改性过程进行了数值模拟,分析了电子束轰击过程温度变化以及涂层系统内部应力的分布情况。计算结果表明,随着外界能量的增加,涂层温度随着涂层厚度的增加而降低;当外界能量消失时,冷却过程中,由于涂层表面和周围的热辐射和热扩散作用,陶瓷层表面最先冷却,此时陶瓷层内部温度略微升高,之后陶瓷层内部热能通过陶瓷层表面进行释放,最后整个涂层冷却到室温,温度随时间变化率高达106~107 K/s。冷却至室温时,应力随着陶瓷层厚度的增加呈现先减小后增大的趋势,而在涂层表面径向应力先减小后增大,达到0.5MPa后,应力开始减小至稳态值。     

可切削氧化锆复合陶瓷的显微结构和断裂特征

为解决氧化锆陶瓷的难加工问题,掺入软相磷酸钙,制备出牙科CAD/CAM系统用氧化锆复合陶瓷材料,通过TEM和EADX方法研究烧结温度和磷酸钙含量对复合陶瓷显微结构和断裂方式的影响.结果表明,磷酸钙含量的增加导致瓷体致密度降低,升高烧结温度则有利于提高氧化锆复合陶瓷的致密度.高温下原料羟基磷酸钙分解生成磷酸三钙、氧化钙和水,导致磷酸钙晶粒中钙磷比例为8∶9,较初始状态降低.磷酸钙与氧化锆在陶瓷内部形成弱结合面,导致复合陶瓷断裂方式发生改变,随磷酸钙含量的增加,复合陶瓷由穿晶断裂逐渐过渡到沿晶断裂.     

氢气气氛中热处理对Ni-W合金镀层组织和性能的影响

研究了在氢气气氛中,不同的热处理温度对Ni-W合金镀层表面状态、相结构及显微硬度和耐蚀性的影响。结果表明,镀态的Ni-W合金镀层存在一种未知相(2θ≈41.4°),热处理过程中这一未知相消失,同时镀层中析出NiW、Ni_4W等沉淀相。随着热处理温度的升高,镀层的晶粒度逐渐增大,镀层在热处理过程中形成的孔隙逐渐增多。当热处理温度达到1 000℃后,镀层表面出现明显的裂纹,同时镀层中可还原形成单质W。Ni-W合金镀层的显微硬度经热处理后显著增大,热处理温度为500℃时镀层的显微硬度最大,同时镀层具有与镀态Ni-W合金相近的耐蚀性,热处理温度进一步升高后镀层的耐蚀性降低。     

改性酚醛树脂陶瓷摩擦材料的摩擦磨损性能

以普通酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂为黏结剂,以陶瓷纤维为增强纤维,制备了3种酚醛树脂陶瓷摩擦材料。对其冲击韧性和硬度进行实验测试,采用摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪分析其磨损表面形貌及其成分,并探讨其磨损机制。结果表明:硼改性酚醛树脂黏结剂能够提高摩擦材料的硬度,三聚氰胺改性酚醛树脂黏结剂能够提高摩擦材料的冲击韧性,降低摩擦材料硬度;在摩擦过程中三聚氰胺改性酚醛树脂在高温下炭化,在摩擦材料表面形成一层致密的摩擦层,摩擦层的存在使摩擦材料的摩擦因数相对比较稳定,降低了摩擦材料的磨损率。     

铸造高硅铝合金表面微弧氧化陶瓷层的耐磨性

应用微弧氧化这一高新表面改性技术在 ZL10 9铸造高硅铝合金表面形成了陶瓷层 ,并对其在不同温度下的耐磨特性等进行了对比测试与分析。结果表明 ,该项技术大大地改善了这种合金的表面耐磨性和显微硬度     

高温热处理对等离子体喷涂的纳米氧化锆热障涂层的影响

热障涂层已广泛用于燃气发动机燃烧室等高温零部件上。纳米热障涂层韧性改善,厚度可以增加,能够提高零部件使用温度和使用寿命。首先利用低压等离子体在镍基体上喷涂制备NiCoCrAlYTa金属中间结合层和大气等离子体喷涂制备Y_2O_3部分稳定的ZrO_2纳米陶瓷面层,然后将纳米氧化锆热障涂层样品在大气中于1050～1250℃温度范围内煅烧处理2～20h。通过扫描电镜和X射线衍射仪分析纳米氧化锆热障涂层高温煅烧前后的组织结构变化和相组成变化,并与常规微米氧化锆热障涂层进行比较。研究结果表明:经高温煅烧后,纳米氧化锆热障涂层中晶粒大小和在陶瓷面层/金属中间结合层界面上形成的TGO的厚度随煅烧温度升高和时间的延长而增大;纳米热障涂层中TGO的增长速度比常规微米热障涂层快;纳米热障涂层经高温煅烧空气中冷却后,主要由四方相组成;与常规微米热障涂层的相组成比较,纳米氧化锆热障涂层中的四方相为低稳定剂四方相。     

场激活加压燃烧合成碳化钨

采用不同钨碳摩尔比例,即W 1.0C、W 1.1C、W 1.2C和W 1.3C,利用场激活加压燃烧合成技术制备了碳化钨材料,测量了合成反应前后样品的收缩百分比,研究了温度、反应物组成和不同碳源对产物组成、密度和维氏硬度的影响,结果表明,最终产物的相对密度在81.1%和89.9%之间,样品的维氏硬度介于423和731kg·mm-2之间.     

高温合金表面激光熔敷热障涂层组织结构与氧化性能

采用 5KW连续CO2 激光器对Ni基高温合金上二次重熔NiCoCrAlY和ZrO2 陶瓷层进行了研究。结果表明 :激光快速熔化和凝固获得定向外延生长、紧密堆积的柱状晶氧化锆陶瓷层。NiCoCrAlY结合层与柱状晶之间存在氧化铝层 ,保证了柱状晶与NiCoCrAlY层的联结。扫描电镜和电子探针联合分析发现 ,氧化锆层与NiCoCrAlY结合层、结合层与基体间均为冶金结合。采用化学改性氧化锆消除了涂层裂纹。高温氧化性能测试得出激光重熔试样氧化动力学近似地遵守抛物线速率方程。在 12 0 0℃ ,空气下激光熔敷TBCs 抗氧化性明显高于等离子喷涂TBCs。     

烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷微观组织结构和性能的影响

通过氮气氛烧结制备了Ti(C, N)-WC-TaC-NbC-Co-Ni金属陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷芯部和表面的微观组织结构及性能的影响。结果表明：Ti(C, N)基金属陶瓷表面在渗氮的作用下会形成富无环黑芯和黏结相层;随着烧结温度的升高,样品的平衡氮分解压力增大,渗氮作用减弱,表层富无环黑芯和黏结相层变薄;而随着保温时间的延长,表层富无环黑芯和黏结相层逐渐变厚,次表层缺黑芯越来越明显。随着烧结温度升高和保温时间延长,溶解再析出过程加剧,芯部Ti(C, N)黑芯体积分数减少,环相变厚且无环黑芯数量减少,硬质相晶粒尺寸增加。随着烧结温度的升高,合金硬度、钴磁和矫顽磁力逐渐减小,断裂韧性先增加后减小;随着保温时间的延长,硬度和断裂韧性均有先下降后升高的趋势,而钴磁和矫顽磁力逐渐增大。在1500 ℃保温40 min烧结的样品综合性能最好,维氏硬度达到1544 HV30,断裂韧性为9.0 MPa·m1/2,钴磁和矫顽磁力分别为4.74和9.42 kA/m。     

化学热处理改善Ti-6Al-4V钛合金耐空蚀性能的研究

利用渗氮、渗碳和碳氮共渗3种化学热处理方法对Ti-6Al-4V钛合金表面进行改性,制备出3种不同成分的硬质表面层。利用SEM、XRD和Vickers显微硬度仪分别对3种表面层的微观形貌和结构、化学组成、显微硬度进行了表征,并利用磁致伸缩振动空蚀设备研究了表面层的耐空蚀性能。结果表明通过3种化学热处理均在Ti-6Al-4V钛合金表面形成了致密的硬质陶瓷层。该硬质陶瓷层在空蚀过程中可以抑制裂纹在表面过早的形成和向基体扩展,从而延长了空蚀的孕育期和显著地改善了钛合金的耐空蚀性能。     

连续电子束扫描处理的U-5.5Nb合金的表面层微结构和性能

采用连续电子束扫描处理技术(CEBSP)首次在U-5.5Nb合金表面制备了重熔改性层,通过OM、SEM/EDS、便携式表面粗糙度测量仪及维氏硬度计等分析方法对重熔改性层的微观结构与物性特征进行了表征、分析。研究结果表明:由于快速熔凝会形成含有大量细小夹杂且具有枝晶组织的重熔改性层(厚度为毫米级),使其表面微观硬度从基体的164.5HV0.3升高至重熔改性层的211.5HV0.3。利用Kou模型计算了重熔改性层在快速凝固过程中裂纹敏感性因子-固相分数关系曲线,分析认为凝固裂纹是高Nb含量U-Nb合金在快速熔凝过程中难以避免的一类表面缺陷,也是表面粗糙度Ra从初始相对光滑表面0.193μm升高至重熔改性层表面2.298μm的主要原因。     

氧化参数对锆合金表面原位薄膜性能的影响规律

通过高温氧化工艺原位形成氧化锆膜技术是提高生物医学植入用锆合金材料使用性能的有效手段。采用扫描电子显电镜(SEM)、表面硬度测试、X射线衍射(XRD)及球盘式摩擦试验等方法研究了氧化温度及保温时间对氧化锆膜性能的影响规律。结果表明:氧化温度与保温时间增加,均会使氧化薄膜厚度增加,其中氧化温度对氧化薄膜厚度影响更大;氧化薄膜中t-ZrO_2体积分数是影响氧化薄膜表面硬度的重要因素,当氧化温度为500℃时,随着保温时间增加,氧化薄膜t-ZrO_2体积分数相应增加,其表面硬度增大;而当氧化温度为550℃时,氧化薄膜的t-ZrO_2体积分数和表面硬度均先增加后降低;获得氧化薄膜厚度、硬度与摩擦性能综合性能最优的参数为氧化温度550℃,保温时间6 h。