原位自生TiAl3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理研究

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al（wt.%）复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl3金属间化合物,获得原位自生TiAl3颗粒增强的Al基复合材料.     

原位自生TiAl_3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al(质量分数,%)复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl_3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl_3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl_3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl_3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl_3金属间化合物,获得原位自生TiAl_3颗粒增强的Al基复合材料。     

Al2O3弥散强化316L不锈钢粉末的高速火焰喷涂

采用高能球磨工艺制备了Al2O3弥散强化316L不锈钢喷涂粉末,并进行高速火焰喷涂(HVOF)试验.研究了弥散强化粉末及其喷涂层的微观组织结构和硬度.采用销-盘磨损试验机测试了涂层的耐磨性能.结果表明,球磨加工后,Al2O3颗粒尺寸大多小于1 μm,由微米级、亚微米级及纳米级粒子组成并均匀分布在316L不锈钢基体粉末中.随着球磨时间的增加,粉末的显微硬度提高.喷涂后球磨粉末的微观组织结构基本不变,喷涂层的硬度比对应球磨粉末硬度低,其耐磨性明显优于单纯不锈钢粉末涂层.     

冷喷涂TC4涂层临界沉积速度计算及制备涂层性能研究

目的研究冷喷涂TC4涂层的临界沉积速度及粒子温度对临界沉积速度的影响规律,并研究气体压强对沉积涂层性能的影响规律。方法理论研究上,采用有限元LS-DYNA软件中的Johnson-Cook塑性模型,选取3D164计算单元建立模型,研究粒子在不同温度和不同速度下碰撞基体后的形貌特征,确定粒子沉积临界速度。试验研究上,采用N_2作为冷喷涂驱动气体,在TC4合金上制备TC4涂层,然后采用SEM、Image J图像分析软件、硬度计等分析已沉积涂层的孔隙率和硬度等性能。结果 25、400、500、600℃温度下,计算表明10μm的TC4合金粒子在TC4基板上的临界沉积速度分别为730、465、392、361 m/s,即随粒子温度升高,粒子临界沉积速度降低,粒子沉积成涂层更容易。采用冷喷涂工艺在TC4基板上沉积TC4涂层,在N_2温度600℃、气体压力3 MPa的条件下,制备的TC4涂层厚度约1000μm,与TC4钛合金基体结合紧密,涂层孔隙率约为6.46%。结论气体温度升高,粒子临界沉积速度降低;气体压强变大,制备的涂层厚度就大且更加致密。     

喷涂温度对冷喷Ti/Al涂层组织结构和性能的影响

通过冷喷涂技术在350、450和550℃条件下将机械混合的Ti/Al粉末进行沉积获得3种Ti/Al涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射表征Ti/Al涂层的微观组织形貌和物相结构,采用显微硬度计测量涂层硬度值,并对涂层的耐磨粒磨损性能进行研究。结果表明,3种涂层组织致密,其中以550℃喷涂温度条件下所制备涂层孔隙率最低(0.98%),且Ti颗粒不均匀地分布在变形的Al相中;冷喷后3种涂层物相与粉末相同,仍为Ti和Al两相;3种Ti/Al涂层的硬度值分别为(81.58±17.42)HV0.3,(82.4±28.15)HV0.3和(128.4±36.98)HV0.3。3种Ti/Al涂层的磨损机制为犁沟切削形式,其中以喷涂温度为550℃所制备的涂层磨损失量最小(13.93±1.21)mg。     

WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的冷喷涂制备

采用WC/Fe/Al混合粉末,通过机械合金化制备40v0l％ WC/Fe(Al)固溶体复合粉末,利用冷喷涂沉积涂层并结合热处理原位反应制备了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.研究了球磨时间对复合粉末相结构、晶粒尺寸及组织结构的影响,并分析了冷喷涂WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的组织和显微硬度.结果表明,机械合金化可获得WC陶瓷颗粒呈微/纳米多尺度分布的WC/Fe(Al)金属陶瓷复合粉末,球磨36 h的复合粉末基体相平均晶粒尺寸约为90 nm,冷喷复合涂层组织致密、多尺度WC颗粒在基体中均匀弥散分布,涂层显微硬度约为1060 HV0.3,涂层在650℃热处理后发生Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,制备出了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.     

H13表面TiAlN/CrAlN复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用真空电弧离子镀工艺在H13钢表面制备Ti Al N/Cr Al N复合涂层,利用划痕试验仪、盘式摩擦磨损试验机、金相显微镜和努氏硬度计分析Ti Al N/Cr Al N膜层的结合力和摩擦学性能,金相组织形貌和试样表面的显微硬度。结果表明,Ti Al N/Cr Al N复合薄膜表面组织分布均匀,结合致密,涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,Ti Al N复合涂层的摩擦性能优于H13基体和Cr Al N复合涂层的摩擦性能,Ti Al N/Cr Al N复合涂层的结合力分别为35 N和24 N,沉积有Ti Al N涂层试样表面摩擦系数最小,减摩效果最好,耐磨性能优越,并能有效地抵抗摩擦磨损。     

不锈钢表面冷喷涂铜涂层制备及性能研究

目的 通过工艺的匹配优化,采用冷喷涂技术在不锈钢表面制备高结合强度铜涂层,并研究热处理工艺对不锈钢表面冷喷涂铜涂层组织及性能的影响规律。方法 分别以高纯氮气和氦气作为加速气体,通过冷喷涂技术,在1 mm厚的304不锈钢基体表面制备铜涂层。采用光学显微镜(OM)对涂层的孔隙率及微观组织结构进行表征。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对涂层拉伸断面结构进行分析。借助维氏显微硬度仪、万能拉伸试验机和涡流导电仪测试分析退火热处理工艺对不锈钢基体表面冷喷涂铜涂层硬度、结合强度和电导率的影响规律。结果 利用氮气作为加速气体,在薄304不锈钢基体上获得铜涂层困难,涂层形成后,易发生整体剥落。使用氦气作为加速气体,可在薄304不锈钢板表面成功制备结合强度高于81.7 MPa、硬度为99.6HV0.1、孔隙率小于0.1%的高致密铜涂层。退火热处理引起涂层组织再结晶,可显著消除冷喷涂过程中的加工硬化影响。随着热处理温度从300℃上升到500℃,涂层硬度由99.6HV0.1下降至63.7HV0.1。退火温度为400℃时,涂层导电率最优(93.94%IACS)。当热处理温度升高到500℃,涂层导电率异常下...     

基于材料性能的冷喷涂临界速度预测窗口研究取得新进展

正冷喷涂过程中,喷涂粒子被高速气流加速到较高的速度(200~1 200m/s),在固态下碰撞基体,通过粒子强烈的塑形变形沉积在基体上形成涂层。由于喷涂材料和碰撞速度不同,粒子或者从基体上反弹或者沉积于基体上,使得粒子开始沉积到基体上的速度被称为临界速度,它是冷喷涂技术的一个     

AZ31镁合金基体表面冷喷涂Al/SiO_2涂层的试验研究

在AZ31镁合金基体表面采用冷喷涂技术沉积了不同混比的Al/SiO_2涂层,通过扫描电镜(SEM)对涂层的形貌进行观察,发现喷涂粒子之间是通过高速碰撞发生强烈塑性变形而结合在一起的。通过图像处理软件统计了涂层的孔隙率表明,随着SiO_2陶瓷含量的增加,涂层的孔隙率降低,涂层变得致密,不存在贯穿到基体的孔隙,可以有效防止腐蚀介质的渗透。对涂层的显微硬度和摩擦磨损行为的研究结果表明,Al/SiO_2涂层能够较好地沉积在镁合金基体表面,并使镁合金表面的硬度、耐磨性均有明显提高。     

电泳沉积法制备羟基磷灰石涂层

羟基磷灰石是一种最有发展前途的生物材料之一.采用电泳沉积方法分别在Ti6Al4V基体和电泳沉积的HA/TiO2复合涂层上制备了HA生物陶瓷涂层.将HA粉体分散到正丁醇溶液中,通过测量zeta电位确定了悬浮体系中三乙醇胺和HA的含量.研究发现:HA沉积量随沉积温度和沉积电压的增加而增加,随沉积时间延长呈线性增长.对沉积量与电泳沉积工艺参数的关系进行了理论探讨.SEM结果表明,采用二次电泳沉积在HA/TiO2涂层表面制备的HA涂层更加致密、平整.     

熔渗反应合成铝基表面Al_3Ti/Al复合涂层

采用Al-Ti体系,通过熔渗结合原位反应法制备出Al基表面Al_3Ti/Al复合涂层,研究了涂层的微观结构、相组成、过渡层形貌及显微硬度分布。结果表明:熔渗温度由700℃增加至800℃,涂层中Al_3Ti颗粒长大,分布更加均匀,形状由近球形转变为短棒状,同时有少量Al_3Ti相扩散至Al基体内部形成粗针状形貌。不同熔渗温度下,Al_3Ti/Al复合涂层和Al基体在界面处均形成良好的冶金结合。Al∶Ti摩尔比为5∶1时,涂层中Al_3Ti颗粒数量较多,团聚现象严重,涂层致密度较低;随着Al∶Ti摩尔比增加到7∶1,Al_3Ti颗粒数量减少,尺寸减小至5～8μm,分布更加均匀,涂层致密度显著增加。不同成分复合涂层硬度均显著高于基体,并随Al_3Ti含量增加而升高,最高可达180 HV,为Al基体硬度的3.9倍。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

钴基合金/TiN陶瓷复合硬面涂层的制备及性能

在316L不锈钢基体表面分别采用等离子喷焊和离子镀膜技术制备了钴基合金/TiN陶瓷复合涂层,对复合涂层的成分、结构、表面硬度及高温抗水蒸汽氧化性能进行了表征和分析。结果表明:该复合涂层利用氮化钛陶瓷层的超高硬度解决了钴基合金耐磨性不足的弱点,而钴基合金涂层对陶瓷层形成了良好的支撑,涂层的硬度呈梯度分布;同时TiN陶瓷涂层显示出优异的高温抗水蒸汽侵蚀能力,对提高球阀的使用寿命具有很高的实用意义。     

先进喷涂技术制备316L不锈钢涂层的结构与性能研究

相较于铝、铜等有色金属涂层,316L不锈钢涂层具有较高硬度和耐磨性、良好的耐腐蚀等特性,在诸多工业领域均有迫切需求。本文采用冷喷涂和大气等离子喷涂技术制备了316L不锈钢涂层,分别借助扫描电镜、显微硬度和磨损试验等检测手段研究了涂层的微观结构、显微硬度和磨损特性,对比探讨了涂层的磨损机理。试验结果表明,大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层层状结构明显,存在大量的孔隙。而冷喷涂316L不锈钢涂层非常致密,且无明显氧化。冷喷涂涂层较低的孔隙率和沉积过程中的加工硬化现象,使得冷喷涂316L不锈钢涂层的硬度明显高于大气等离子喷涂涂层,具有更好的耐磨性。冷喷涂涂层在摩擦过程中的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损,而大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的复合磨损形式。     

（Ti，Al）N涂层对不锈钢基材疲劳性能的影响

采用多弧离子镀技术在马氏体不锈钢1Cr11Ni2W2MoV表面分别沉积Ti70Al30N及梯度（Ti,Al）N涂层.涂层试样的疲劳试验在旋转弯曲疲劳实验机上室温下进行,研究了涂层试样与基体材料的疲劳强度、寿命及疲劳断裂机理.结果表明：施加Ti70Al30N涂层样品与梯度（Ti,Al）N涂层样品的条件疲劳极限较1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基材的疲劳极限分别提高约7%及8%;施加涂层提高不锈钢基材疲劳寿命的原因主要在于Ti70Al30N涂层与梯度（Ti,Al）N涂层中的残余压应力作为滑移变形的阻力可阻碍疲劳裂纹的萌生与扩展.     

真空热处理对Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层体系组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在Ti6Al4V基体表面沉积制备了NiCrAlY涂层. 通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、 X射线衍射(XRD)分析以及显微硬度测试, 研究了真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响, 讨论了Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面元素扩散规律. 结果表明: 700.℃真空热处理后, NiCrAlY涂层中开始析出γ′-Ni3Al相, 这提高了涂层的表面硬度; 在700.℃温度下, Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、 TiNi和Ti2Ni中间化合物层, 并随着温度提高, 界面处中间化合物层增厚; 700.℃时, 主要发生了镍、钛元素的扩散, 铬元素在870.℃开始发生扩散. 当温度提高到950.℃后, 由于镍元素大量向Ti6Al4V基体扩散引起涂层的退化失效.     

不锈钢表面冷喷涂铜涂层组织和性能研究

采用冷喷涂技术在不锈钢表面喷涂纯铜涂层;涂层的断面形貌和硬度分别通过光学金相显微镜观察和显微硬度计测试,同时研究了涂层的结合机理.结果表明,粉末在沉积过程中存在低速粒子,部分低速粒子沿原路径反弹后影响其他粒子的沉积;纯铜涂层与基体的结合为机械结合;涂层内部兼有部分冶金结合;涂层的硬度分布较均匀,且高于纯铜的硬度.     

AZ80镁合金表面冷喷涂316L涂层的微观组织及性能

为了提高AZ80镁合金的耐磨及耐腐蚀性能,利用冷喷涂技术在其表面制备了316L不锈钢涂层。采用X射线衍射仪及扫描电镜对涂层的相结构、微观组织及粒子与基板的碰撞行为进行了分析,采用万能力学试验机测试了涂层的结合强度及内聚强度,并分别测试了涂层与块体的摩擦磨损及电化学腐蚀性能。结果表明:冷喷涂316L粒子与镁合金基板的碰撞行为主要呈现两种方式,一种是粒子在镁合金基板表面产生冲蚀坑,未能形成有效结合,另一种是粒子以球形方式嵌入镁合金基板内部,基板在两种碰撞行为中都形成射流,结合机理主要是机械咬合。316L涂层磨损率为1.16×10~(-4) mm~3/(N·m),其耐磨性较镁合金提高了8倍,涂层的自腐蚀电流较镁合金基体降低了4个数量级,能够有效保护镁合金基板。     

原位Al_3Ti/Al复合材料的冷喷涂制备及组织性能

以Al80/Ti20(mass%)混合粉末为原料,采用冷喷涂法在低碳钢上沉积致密的Al/Ti基复合材料,对其在不同温度下(400、450、500、550和600℃)进行热处理,获得原位Al_3Ti金属间化合物颗粒增强Al基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及磨损试验机研究了冷喷涂Al/Ti复合材料热处理前后的微观组织形貌、相结构、硬度及磨粒磨损性能的变化规律。结果表明:冷喷涂Al/Ti复合材料的相结构与喷涂粉末相同,涂层组织致密、颗粒间为机械结合;Al/Ti复合材料在450℃热处理后其局部区域开始通过扩散反应原位形成Al_3Ti金属间化合物,而在600℃热处理后初始Ti颗粒已全部转变为Al_3Ti金属间化合物颗粒,同时,涂层内部颗粒界面间结合显著改善,从而获得原位Al_3Ti/Al复合材料。随着热处理温度升高,原位Al_3Ti/Al复合材料硬度先下降后升高,而其磨粒磨损性能则在550℃热处理后显著增加。