冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的高温磨损性能研究

采用机械合金化法制备FeAl合金粉末,并用冷喷涂法将其沉积在基体——2520耐热不锈钢上,通过后续热处理原位制备了致密的FeAl金属间化合物涂层,研究了该涂层从室温至800℃下的耐磨损性能.结果表明,冷喷涂FeAl合金涂层组织致密,具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,该涂层在950℃下热处理后转变为无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层;冷喷涂FeAl金属间化合物涂层在400～800℃的范围内磨损性能随着温度的升高不断提高;在700℃下FeAl金属间化合物涂层的磨损失重仅为2520耐热不锈钢的40%.     

热处理对冷喷涂Cu-20%Al_2O_3复合涂层耐磨损性能的影响研究

利用冷喷涂技术制备Cu-20%(质量分数)Al2O3复合涂层,并在氩气保护气氛下对该复合涂层进行300℃、500℃和700℃退火热处理。采用常温干摩擦试验评价热处理对冷喷涂Cu-20%(质量分数)Al2O3复合涂层耐磨损性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)观察涂层表面磨痕形貌。结果表明,复合涂层经退火热处理后发生了再结晶现象,涂层显微硬度降低。冷喷涂态和退火态复合涂层磨损机制不同:冷喷涂态复合涂层和低温退火热处理(300℃和500℃)下复合涂层磨损主要为磨粒磨损,700℃退火态复合涂层主要表现为疲劳磨损。     

硬质相对冷喷涂FeAl金属间化合物涂层性能的影响

FeAl金属间化合物具有优良的物理性能和力学性能,但其室温塑性和断裂韧性低,限制了其工程应用.利用机械合金化制备了Fe(Al)固溶体合金粉末及Al2O3,WC硬质相增强的复合合金粉末,通过冷喷涂沉积涂层并结合后热处理原位反应制备了FeAl金属间化合物涂层及其复合涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度仪等研究了硬质相对球磨粉末组织结构、冷喷涂FeAl金属间化合物涂层组织结构及性能的影响.结果表明.硬质相可显著加速球磨粉末内部层状结构的细化程度,喷涂态涂层具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,热处理可实现喷涂态涂层中Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,致使层状结构消失,获得无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层,弥散分布的硬质相可显著提高冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的强化稳定性.     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe—A1／WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性，并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明，随着试验温度的升高，Fe—Al／WC复合涂层的摩擦系数降低，而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe—Al／WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe—Al／WC复合涂层的磨损率有所提高，这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。     

冷喷涂Ti/WC复合涂层的组织与耐磨性研究

为解决钛及其合金磨损性能较差的问题,采用高压冷喷涂技术在Ti6Al4V合金基体上沉积了2种不同成分的Ti/WC复合涂层,通过室温下的干滑动摩擦磨损试验分别测试了基体与复合涂层的摩擦性能,并采用扫描电镜及拉曼光谱对磨损表面进行了观察与表征。结果表明,与Ti6Al4V基体的磨损率(4.06×10^-7 mm³/(N·m))相比,复合涂层的磨损率降低了一个数量级,表现出优异的耐磨性。此外,涂层内WC含量的增加,提高了涂层的显微硬度,涂层的耐磨性也随之提升。在磨损轨迹表面,由TiO₂、WO₃以及WC碎片构成的摩擦膜能够有效避免磨球与涂层表面的直接接触,从而降低磨损程度。因此,冷喷涂Ti/WC复合涂层在钛合金磨损防护方面具有一定的应用前景。     

超音速冷喷涂Cu-Al_2O_3复合涂层特性

采用冷喷涂技术在铝基板上制备了Cu-Al2O3复合涂层,以复合涂层为催化荆进行了甲醇水蒸气重整制氢实验,并利用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对实验前后的涂层进行了表征.结果表明,涂层之间和涂层与基板问的结合主要为机械咬合,孔隙率较高,与喷涂颗粒相比,涂层没有相的变化;喷涂后Al2O3颗粒发生了破碎,而Cu颗粒变形不充分,Cu颗粒特性导致涂层中铜含量比粉末中的低;甲醇水蒸气重整制氢实验表明,Cu-Al2O3复合涂层由于含氧高而具有比纯铜涂层更好的稳定性.     

冷喷涂Cu-Cu2O涂层的沉积特性研究

通过冷喷涂技术制备了V(Cu2O)分别为0%、10%、20%和30%的4种Cu-Cu2O涂层。在PhilipsXL30型环境扫描电镜下观察发现涂层的致密度高且较为均匀。这是由于Cu颗粒能通过塑性变形,以机械咬合和冶金结合的方式紧密地结合在一起形成涂层。同时,Cu2O颗粒填充了较大的Cu颗粒之间的缝隙,从而使得涂层孔隙率随着Cu2O含量的增加略有降低。Cu2O增大了碰撞沉积过程中的摩擦,增强了热软化效应,促进Cu颗粒的微区熔化和冶金结合,进而使得涂层沉积效果有所提升。     

机械合金化与热处理制备Al3Ti金属间化合物

以高纯Al粉和Ti粉为原料,通过高能球磨机械合金化和空气中热处理制备了Al3Ti金属间化合物粉末.使用XRD和SEM测试分析了球磨过程中粉末的物相结构和形貌的变化过程,对热处理后的粉末进行了XRD晶体结构测试.结果表明,高能球磨60h后,原料粉末转变为非晶态粉末.将非晶态粉未在500℃以上热处理后,转变为Al3 Ti金属间化合物.     

高温扩散法制备铁铝金属间化合物涂层

针对金属间化合物在工业中作为高温结构材料使用存在脆性的问题，将金属间化合物以涂层的方式应用。以Fe-Al系为研究体系，以高温扩散制备的方法获得了良好的Fe-Al金属间化合物涂层，实验结果表明，在合适的工艺参数下，所得到的涂层具有单一性，致密性且与基体结合良好，该涂层具有良好的高温耐磨，耐蚀，耐氧化等特性。     

冷喷涂制备锡青铜/准晶复合涂层的微观结构及其摩擦学行为

利用冷喷涂技术制备锡青铜以及锡青铜/准晶复合涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及硬度计等分析涂层的微观组织与微观硬度,对所制备的涂层进行干摩擦实验,并依据磨痕形貌分析主要磨损机理。研究准晶颗粒作为强化相粒子对于涂层的微观结构及摩擦行为的影响。结果表明:冷喷涂混合粉末所制备复合涂层表现出较高的致密度与微观硬度,硬质准晶颗粒表现出相对较低的沉积效率,复合涂层相对于纯青铜涂层具有稍低的摩擦因数与较高的磨损率,颗粒磨损对复合涂层的摩擦行为起主要作用。     

激光熔覆制备原位自生TiC增强Ni3（Si,Ti）复合涂层研究

运用激光熔覆技术修复受损的烟汽轮机叶片,在GH864镍基合金表面制备原位自生TiC颗粒增强Ni3(Si,Ti)金属间化合物复合涂层.利用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪及显微硬度计研究了(Ti+C)的加入量对熔覆层组织及硬度的影响.研究表明:在优化的工艺参数下可获得宏观质量完好,无裂纹、气孔等缺陷,且与基体呈冶金结合的激光熔覆层,熔覆层由Ni(Si)、Ni3(Si,Ti)和TiC组成;当合金粉末中(Ti+C)的加入量为20%时熔覆层的硬度最高可达780Hv,是基体材料的2.4倍.     

低压冷喷涂铝涂层微观结构与沉积特性研究

低压冷喷涂技术是一种不同于高压冷喷涂技术的新型喷涂工艺。本文以体积比为3:7的氧化铝粉末和铝粉的混合粉末为原料,以压缩空气为工作气体,利用低压冷喷涂设备在Q235钢基体上制备Al涂层,研究了温度、喷距、送粉速率和喷嘴横向移动速度等工艺参数对涂层沉积效率的影响。采用光学显微镜、扫描电镜,研究了涂层的微观结构和沉积特性。实验结果表明:在工作气体压力保持0.6 MPa不变的情况下,温度400℃、喷距25 mm、送粉速率为30—40 g/min、喷嘴横向移动速度4.0 m/min时,铝涂层沉积效率最佳;同时Al2O3陶瓷相的加入有利于涂层的沉积。     

碳化钛/钛镍金属间化合物复合涂层相组织研究

利用钛粉、镍粉和胶体石墨,真空条件下通过反应钎涂技术在低碳钢基体上制备了与基体冶金结合的碳化钛/钛镍金属间化合物复合涂层。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及硬度计,研究了涂层的相组成、组织结构和成分分布。涂层组织由NiTi2、NiTi、TiC和hcp Ti组成,而涂层界面由NiTi和少量的hcp Ti构成,并且TiC主要分布在涂层中层。涂层中的NiTi2、NiTi、TiC是在钎涂过程中原位反应合成的,而且TiC和NiTi的量随碳含量的增加而增加。涂层表面硬度达到85HR15N,但不随TiC和NiTi含量增加而增高。     

铁铝金属间化合物及其涂层制备的研究进展

铁铝金属间化合物凭借其较高的高温抗蠕变能力、良好的耐磨性、抗高温氧化和硫化等优点得到了广泛关注,但其具有B2、DO3和A2三种晶体结构,晶型难以准确控制,且DO3结构在室温下脆性高,给制备和加工带来困难.这些缺点极大地限制了铁铝金属间化合物在工业中的应用.本文总结了包括传统熔铸法和粉末冶金法等常见的铁铝金属间化合物块体材料的制备方法,并重点介绍了近年来发展起来的增材制造法和冷喷涂、热喷涂等涂层制备方法.同时,针对涂层材料中铁铝两相的反应控制这一关键问题,本文聚焦如何预判铁铝涂层界面反应中原位生成的铁铝金属间化合物的化合反应发生顺序的研究现状,分析对比了两种预判方法——相图法和焓变值计算法.其中,相图只能表征热平衡状态下的相分布,各相区域代表该温度、成分条件下所能获得的最终产物,局限性大,较难准确预测实际热处理过程中铁铝金属间化合物的出现顺序和种类.通过从热力学角度进行焓变值计算,结合Kirchhoff公式,可计算并绘制常见铁铝金属间化合物的焓变值-温度曲线,进而分析铁铝金属间化合物的反应发生顺序.焓变值计算法的理论结果与已报道的实验结果具有较高的一致性,弥补了相图法的不足,对制备特定的铁铝金属间化合物具有十分重要的指导意义.     

不同载气温度条件下低压冷喷涂Al-Al2O3复合涂层的沉积特性

目前,对低压冷喷涂Al-Al₂O₃复合涂层的研究主要集中在工艺和性能方面,对颗粒的沉积特性和机理的研究较少。为此,利用低压冷喷涂技术沉积Al-Al₂O₃复合涂层,研究了不同载气温度对复合涂层沉积特性的影响规律,采用扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪对复合涂层的厚度、表面形貌、显微组织进行了分析。结果表明:不同载气温度(300,400,500,600℃)制备的Al-Al₂O₃复合涂层厚度依次为213.34,321.62,920.64,986.97μm,复合涂层厚度随载气温度升高而增加,尤其当冷喷涂载气温度由400℃变为500℃时,沉积层厚度增幅达186.25%;复合涂层表面最大高度差H_max和粗糙度R_a随载气温度升高呈增加趋势,载气温度为400℃时复合涂层表面质量最优,当载气温度由400℃变为500℃时H_max和R_a增幅最大,分别为72.68%和52.22%,随载气温度的升高复合涂层表面质量下降;复合涂层中形变Al颗粒的扁平率随载气温度升高呈下降趋势,复合涂层中Al颗粒由塑性变形量较大的扁平状(300℃)逐渐变为塑性变形量较小的椭球形(600℃),随载气温度升高Al-Al₂O₃涂层的沉积率突增和颗粒扁平率下降归因于Al颗粒的热软化效应。     

温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料摩擦磨损特性的影响

采用UMT-2多功能摩擦实验机,研究了温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合刀具材料摩擦磨损性能的影响,并分别使用白光干涉仪和扫描电镜分析实验后磨痕的轮廓和微观形貌。结果表明,常温摩擦时,随着ZrB2/ZrO2含量的增加,AZ系列自润滑陶瓷材料与硬质合金对摩时的摩擦系数逐渐降低。高温摩擦时,随着环境温度的提高,表面摩擦温度不断上升,生成的润滑膜有助于使摩擦系数和磨损率下降。     

金属间化合物MoSi2及其复合材料的研究和应用

金属间化合物MoSi2具有熔点高、断裂强度对温度不敏感、导电导热性能好、抗氧化等一系列的优良性质，因此作为电热元件和高温结构材料，在航空航天等高技术领域得到了广泛的应用。但是，其低温断裂韧性和高温强度较低，一般可采用不连续的颗粒、连续的晶须或纤维，也可采用固溶体合金化或第二相复合技术来提高其低温断裂韧性和高温强度。MoSi2及其复合材料因其优异性能，也可用来制备层状复合材料和梯度功能材料，还可用来制备各种耐高温保护涂层。     

激光干涉空间选择性形成金属间化合物Ni3Al

金属间化合物,例如Ni-Al、Ti-Al系合金,是指不同种类的原子长程有序排列构成的有较确定化学当量比的合金相.这类合金相原子间结合力强,具有高温结构材料所期望的优异性能.然而这类合金普遍存在室温塑性差、高温抗蠕变性差以及环境脆性敏感等问题.本文利用激光干涉图样对应的温度分布,空间选择性地产生Ni和Al的金属间化合物Ni3Al,以线阵或点阵的方式局域金属间化合反应形成了软、硬属性交替的薄膜材料,为改善塑性及脆性敏感等问题探索新的解决途径.对所制备样品进行的白光干涉显微镜(WLI)和原子力显微镜(AFM)分析给出了样品的表面形貌特征;X射线衍射(XRD)和纳米硬度测试给出了金属间化合物合金相及其微观硬度分布.     

Al2O3梯度涂层的制备及性能研究

为了克服无梯度陶瓷涂层中应力集中、易产生裂纹的缺陷,以提高涂层的结合强度,采用等离子喷涂方法制备了NiAl-Al-2O-3梯度陶瓷涂层,并对涂层的组织分布、结合强度、显微硬度和抗热震性进行了研究.结果表明,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观的连续性分布特征,NiAl过渡层的引入可有效地改善涂层的质量.本梯度涂层中Al-2O-3含量为80%时,涂层的显微硬度最高(达620 HV).涂层成分的梯度化有利于涂层的结合强度和抗热震性能的提高.