退火对大厚度TiAlN涂层力学性能影响的研究

对不同温度真空退火的大厚度TiAlN涂层(厚度为65.3μm)的硬度、结合强度、残余应力、摩擦磨损等力学性能进行了系统的研究,以揭示真空退火工艺对大厚度涂层力学性能的影响规律。结果表明,随着退火温度增加,涂层应力得到释放,600℃退火后全膜厚平均应力降至-0.154 GPa,应力沿层深分布更加均匀,涂层硬度逐渐下降,但仍保持较高硬度值,膜基结合强度增强,磨损率略有上升。     

纯Cr涂层厚度对涂层微观结构及抗高温氧化性能的影响

采用磁控溅射技术,在锆合金表面制备纯Cr金属涂层.探索纯Cr涂层厚度对抗高温氧化性的影响。利用扫描电镜分析涂层表面与截面形貌;采用X射线衍射对涂层进行物相分析;利用划痕仪分析涂层厚度对膜基结合力的影响;研究不同厚度的纯Cr涂层对涂层抗高温氧化性能影响。结果表明:随着涂层增厚,涂层表面孔洞数量呈越少趋势;涂层厚度不会影响涂层的择优取向与晶粒尺寸大小;涂层厚度为5.5μm,涂层的结合力最大;涂层的氧化增重随着涂层增厚,先减小后增加,涂层厚度为5.5μm,氧化增重最小。     

等离子体活化提高碳纤维/树脂复合材料表面Al涂层结合强度的研究

采用霍尔源放电等离子体对碳纤维/树脂复合材料表面进行活化,通过直流磁控溅射技术在其表面沉积Al涂层。利用红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜分析基体表面极性和涂层组织结构,自行设计垂直拉伸装置测定涂层与基体间的结合强度,并探究不同活化功率和活化前后不同涂层厚度对膜基结合强度的影响。研究结果表明,制备涂层为纯净的多晶态Al膜,表现为(111)方向择优取向生长。等离子体活化后,基体表面极性增强,膜基结合强度显著上升,且随活化功率的增大先上升再降低,在功率为300 W时最佳。同时活化后膜基结合强度随涂层厚度增加而降低的趋势减弱,在涂层厚度达到25μm时,膜基结合强度仍较大,为2.88 MPa,而未经等离子体活化时仅为1.22 MPa。     

硬质合金刀条AlCrN硬质膜性能的研究

目的采用阴极多弧离子镀膜设备制备Al Cr N薄膜,研究适合实际工况的膜层性能和厚度。方法利用工具显微镜、扫描电子显微镜检测并分析涂层表面和截面形貌;使用洛氏硬度计、HV显微硬度计、球磨仪检测分析涂层膜基结合力以及涂层厚度对结合力、涂层显微硬度和使用寿命的影响。结果涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,涂层表面呈波纹状,分布有大颗粒和凹坑,经钝化处理后,表面质量明显改善。涂层的显微硬度为HV2200~HV3700,在基体硬度不变的情况下涂层的显微硬度随涂层厚度的增加而增加。随着涂层厚度的增加,结合力先变好后变差,刀条实际使用寿命也有相同的变化趋势。结论硬质合金刀条的最佳涂层厚度为4.0~4.5μm。     

不同厚度聚氯代对二甲苯膜的结晶与性能研究

在真空气相沉积条件下制备厚度分别为0.32μm、2.39μm、7.98μm和17.11μm的聚氯代对二甲苯膜(PC膜),采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪对不同厚度PC膜的结晶度、表面形貌以及力学性能进行了表征与测试。结果表明,随着成膜厚度的增加,聚氯代对二甲苯薄膜的结晶度提高,表面晶粒尺寸增大,结晶形态更加完整,其表面粗糙度、压入模量和压入硬度呈逐渐增大的趋势。而PC膜表面形貌、力学性能的差异又与结晶度密切相关。     

316L不锈钢基体表面钨功能梯度涂层残余应力的模拟分析

在钢基体(EUROFER、F82H、CLAM、316L)上喷涂钨涂层已成为制备面向等离子体材料的一个重要方法.为了防止钨涂层与钢基体间由于材料热膨胀不匹配而开裂失效,采用热应力缓和型功能梯度涂层是一种行之有效的解决方案.利用有限元分析软件(ANSYS 10.0)分析了梯度涂层厚度对W/316L功能梯度涂层残余应力的影响.模拟结果表明,纯钨层厚度确定时,制备厚的梯度涂层可降低残余应力.当顶层厚度为1mm、梯度涂层厚度为100～200μm时,将产生较大的轴向应力,制备涂层时应当避免此厚度范围.此模拟结果可为该涂层设计和制备提供理论依据和指导.     

厚度对TiN薄膜力学性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了不同厚度TiN薄膜,并对其硬度、结合力、残余应力、摩擦磨损特性等力学性能进行了系统性研究,以揭示硬质薄膜厚度对其力学性能的影响规律。结果表明,随着厚度增加,薄膜表面大颗粒增加,膜基界面剪切力增大,薄膜硬度逐渐增加,结合力逐渐下降,摩擦系数略有下降;而薄膜应力沿层深分布趋势基本一致,都呈钟罩形分布;磨损率随薄膜厚度变化不大,即薄膜越厚越耐磨。     

Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力的有限元分析

设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层,使用有限元软件分析了成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明:功能梯度材料的最佳成分梯度指数为m=1;涂层最佳层数为3-5层;涂层最佳厚度为1-1.5 mm;涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力与成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度有密切的关系。用涂搪法制备了梯度涂层,用X射线衍射法(XRD)测试了涂层表面残余应力,验证了有限元结果的准确性。     

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。     

磁控溅射制备内燃机用Ti600合金表面CrN/NbN涂层的性能表征分析

为了提高内燃机用Ti600合金表面性能,通过脉冲磁控溅射的方式在其表面制备CrN/NbN涂层,分析了涂层组织结构与电压、占空比的关系。研究结果表明:在CrN/NbN涂层内形成了许多柱状外形的组织成分,并且当占空比以及电压提高后,形成了致密度更大的CrN/NbN涂层。厚度随着占空比和电压的增加表现出明显的增加规律,在占空比10μs和电压400 V时,涂层厚度最大值12μm左右。随着占空比和电压的增加,硬度和弹性模量均表现出单调增加。在占空比10μs和电压400 V时,涂层硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.6和31.7 GPa。随着占空比增加,残余应力表现出单调减小;随着电压的增加,残余应力表现出先减小后增加,最小值发生在电压380 V时。各涂层试样都产生了具有完整结构的压痕,没有发生膜与基体剥离的情况。随着占空比和电压进一步增大,在试样的压痕边缘部位产生环状分布的裂纹。     

磁控溅射制备内燃机用Ti600合金表面CrN/NbN涂层的性能表征分析北大核心CSCD

为了提高内燃机用Ti600合金表面性能,通过脉冲磁控溅射的方式在其表面制备CrN/NbN涂层,分析了涂层组织结构与电压、占空比的关系。研究结果表明:在CrN/NbN涂层内形成了许多柱状外形的组织成分,并且当占空比以及电压提高后,形成了致密度更大的CrN/NbN涂层。厚度随着占空比和电压的增加表现出明显的增加规律,在占空比10μs和电压400 V时,涂层厚度最大值12μm左右。随着占空比和电压的增加,硬度和弹性模量均表现出单调增加。在占空比10μs和电压400 V时,涂层硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.6和31.7 GPa。随着占空比增加,残余应力表现出单调减小;随着电压的增加,残余应力表现出先减小后增加,最小值发生在电压380 V时。各涂层试样都产生了具有完整结构的压痕,没有发生膜与基体剥离的情况。随着占空比和电压进一步增大,在试样的压痕边缘部位产生环状分布的裂纹。     

SiC纳米颗粒对TC4钛合金微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响

在基础电解液中加入SiC纳米颗粒,利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层,研究纳米颗粒的添加对微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响。结果表明:550,600V及650V条件下,基础电解液中SiC的加入,使TC4微弧氧化涂层的厚度由9.2,12.8μm和12.4μm分别增大到12.0,14.9μm和20.0μm。随着电压的升高,微弧氧化涂层的表面粗糙度逐渐增大,分别为2.65, 3.34μm和3.61μm。SiC的加入有效抑制微弧氧化涂层表面裂纹的产生,增加涂层厚度从而降低涂层的阳极电流密度,提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。微弧氧化涂层增加了TC4的开路电位及自腐蚀电位。     

脉冲偏压对(Ti,Al)N涂层应力分布及其力学性能的影响

利用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了(Ti,Al)N涂层,研究了脉冲偏压对涂层残余应力沿层深分布及相关力学性能的影响。结果表明,(Ti,Al)N涂层残余应力沿层深呈"钟罩型"分布,且随脉冲偏压的增大应力值明显增加;通过对涂层生长结构及微观成分分析,初步探讨了应力分布机理。随脉冲偏压的增加,涂层硬度会显著增加,而膜/基结合力则先增加后减小;采用改变脉冲偏压的工艺制备(Ti,Al)N涂层,可有效调整涂层残余应力沿层深分布趋势,改善其力学性能。     

强流脉冲电子束粘结层表面改性对热障涂层热震及残余应力的影响

采用等离子喷涂技术在GH4169镍基高温合金表面制备CoCrAlY粘结层,利用电子束蒸发镀膜在CoCrAlY表面蒸镀纳米铝膜并使用强流脉冲电子束熔敷纳米铝膜进行表面改性,使用APS技术在CoCrAlY表面沉积陶瓷层制备改性热障涂层。对粘结层蒸镀铝膜表面改性涂层和普通涂层分别进行热震实验、结合强度测试和残余应力分析。实验发现,在1 050 ℃高温加热后10 ℃水淬的冷热循环条件下,改性涂层的抗热震性能优于普通涂层;热震过程中改性涂层和普通涂层热生长氧化物内产生的残余应力均为压应力,且随热震次数的增加而增大,改性涂层热生长氧化物内残余压应力增长速度小于普通涂层。拉伸结果显示,普通涂层的断裂属于混合断裂,而改性涂层断裂基本发生在陶瓷层和薄膜胶界面,未发现层间断裂。改性涂层结合强度优于普通涂层。实验结果表明,采用电子束蒸发镀膜和强流脉冲电子束技术相结合对粘结层进行熔敷铝膜的表面改性处理,可以显著提高热障涂层冷热循环服役寿命。     

钛合金微弧氧化膜的性能探讨

钛合金微弧氧化膜具有优良的综合性能,但过去的研究多针对Ti6Al4V及医用纯钛,且电解液常用硅酸盐和磷酸二氢盐体系,不够全面、系统。为此,以磷酸盐溶液体系在船用TA2表面制备了陶瓷微弧涂层。采用SEM、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、氧化层厚度、相结构和显微硬度进行了观察测试,用电子万能材料试验机和数字万用表测定了膜层的结合强度和绝缘性,并用盐雾试验机考察了涂层的耐蚀性。结果表明:随氧化时间的延长,膜层厚度不断增加,氧化60min后膜层厚度可达到20μm以上;陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成,膜基结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐蚀性良好。     

Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力分析

为了提高钢基体微晶玻璃涂层的韧性,设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层。运用有限元软件,分析了梯度层数目、梯度层厚度和层间3Y-TZP体积组分差等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明,涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力以及梯度层数目、梯度层厚度和3Y-TZP体积组分差均有密切关系。最后通过涂搪法制备了梯度涂层,测试了涂层表面残余应力,并与有限元结果对比,以验证模拟的准确性。     

聚氨酯基低红外发射率涂层的力学性能研究

以铝粉为主要填料,聚氨酯为粘合剂,制备了8~14μm波段发射率低至0.10的低红外发射率涂层。研究了基板处理、涂层厚度和固化温度对涂层力学性能的影响,并对其在涂料中的作用机理进行了探讨。结果表明,当基板用偶联剂处理、涂层厚度为30μm、热处理温度为80℃时,制得的涂层能在保持低红外发射率的同时具有最佳的力学性能。     

磁控溅射镀Al对NiCrAlY合金层循环氧化性能的影响

通过磁控溅射手段在NiCrAlY合金表面成功制备了1层Al膜,并比较了镀Al粘结层和不镀Al粘结层在1200℃循环氧化的性能.结果表明,磁控溅射镀Al,制得表面Al膜厚度在2μm左右,NiCrAlY合金层内部的组分并无变化.这层Al膜有助于在表面形成1层分布连续、排列紧密的α-Al_2O_3层,降低了合金层的循环氧化增重速率,延长了涂层开裂脱落时间,使NiCrAlY合金表现出了比较好的抗循环氧化性能.     

镍基高温合金表面激光熔覆CoCrAlYSiHf_x涂层组织性能分析

选择激光熔覆技术在GH586镍基高温合金表面上制得了不同Hf含量的CoCrAlYSiHf涂层,并对涂层微观组织形态与涂层耐高温性能进行实验测试分析。研究结果表明:采用激光熔覆方法得到的涂层表面上形成了许多网状组织,在未添加Hf涂层的晶界部位产生了许多孔隙结构;在Hf含量0.1和0.3涂层内形成了更多的孔隙,同时沿晶区域产生了众多显微裂纹。在涂层的表面形成了许多具有致密结构的Cr_2O_3膜。涂层经过100h高温氧化处理依然由致密Cr_2O_3膜组成。未添加Hf涂层表面生成了约6μm厚的致密氧化膜,并且沿晶界处发生了一定成对内氧化。当Hf含量0.1和0.3涂层经过100 h高温氧化之后,其表面生成了厚度约12μm的氧化膜并含有较多孔隙。     

镍基高温合金表面激光熔覆CoCrAlYSiHf_x涂层组织性能分析北大核心CSCD

选择激光熔覆技术在GH586镍基高温合金表面上制得了不同Hf含量的CoCrAlYSiHf涂层,并对涂层微观组织形态与涂层耐高温性能进行实验测试分析。研究结果表明:采用激光熔覆方法得到的涂层表面上形成了许多网状组织,在未添加Hf涂层的晶界部位产生了许多孔隙结构;在Hf含量0.1和0.3涂层内形成了更多的孔隙,同时沿晶区域产生了众多显微裂纹。在涂层的表面形成了许多具有致密结构的Cr2O3膜。涂层经过100h高温氧化处理依然由致密Cr2O3膜组成。未添加Hf涂层表面生成了约6μm厚的致密氧化膜,并且沿晶界处发生了一定成对内氧化。当Hf含量0.1和0.3涂层经过100 h高温氧化之后,其表面生成了厚度约12μm的氧化膜并含有较多孔隙。