无铬耐指纹产品表面性能评定体系的建立与研究

为了更准确地评定无铬耐指纹产品的表面性能等级,通过色差分析和形貌观察,研究了纯锌及锌铝镁两种镀层耐指纹产品各项表面性能的表现差异和影响规律;在传统目测等级评定的基础上,构建了一套定量化的表面性能评定体系。研究结果表明:两种耐指纹产品均表现出优良的表面性能,并在耐指纹性、耐酒精性和耐溶剂性上无明显差异。相较于锌铝镁镀层耐指纹产品,纯锌镀层产品具有更优异的耐高温黄变性,但由于其镀层更容易在高温高湿条件下发生腐蚀,表现出相对较差的耐湿热性和耐黑变性。     

镁合金表面非平衡磁控溅射CrN镀层结合性能和摩擦磨损性能

采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层,分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明,镀层主要由Cr(N)相和少量Cr2N相组成。在偏压为60V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高,虽然镀层硬度有所提高,但结合性能和抗磨性能均下降。     

齿面微织构面积率及形状对其摩擦性能的基础研究

为研究齿面微织构面积率和形状对齿轮副摩擦学性能的影响,采用激光打标机在经热处理后的45钢试件表面加工出不同形状和面积率的织构,利用往复式摩擦磨损试验机分析织构面积率和形状对摩擦因数的影响规律,并与Fluent仿真结果进行对比。仿真结果表明：随着织构面积率的增大,摩擦因数逐渐减小,油膜承载力和油膜刚度逐渐增大,长方形织构具有更佳的减摩性能。试验结果与仿真结果基本一致,与无织构表面相比,长方形织构面积率为17%时平均摩擦因数降低了18.06%,正方形和圆形织构面积率为4.7%时,不仅没有减摩,反而将摩擦因数分别增大了4.17%和1.39%。织构化表面可提高油膜承载力和刚度,使油膜不易破裂,减小了摩擦副之间的接触,降低了摩擦因数。获得了微织构形状和面积率对齿轮副摩擦性能的影响规律,为改善齿轮系统的寿命提供试验支持。     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高     

Ra 及 Rpc 对无铬耐指纹热镀锌板表面性能的影响

目的研究热镀锌板表面平均粗糙度Ra和峰值数Rpc对无铬耐指纹热镀锌板表面耐指纹性、耐腐蚀性和涂装性的影响。方法将Ra=0.6~1.1μm和Rpc=55~100的热镀锌板制成耐指纹板,采用X射线光电子能谱仪分析其组成,采用分光光度仪分析其耐指纹性,采用硫酸铜混合溶液滴定和盐雾试验方法检测其耐腐蚀性,采用涂漆和冲击实验检测其涂装性。结果耐指纹膜和锌层表面形成Si—O—Zn金属键,耐指纹膜除了物理结合,还通过化学键合的方式与锌层表面结合。在充分交联固化和化学键合的情况下,无铬耐指纹热镀锌板耐指纹性不受热镀锌板Ra和Rpc的影响;热镀锌板Ra值越低,耐腐蚀性越好;耐指纹膜单位质量为1.1 g/m2,Ra≤1.1μm时,耐指纹板72 h盐雾试验白锈面积不大于5%;热镀锌板Rpc值越高,无铬耐指纹热镀锌板涂装性越好,Rpc≥80时,耐指纹热镀锌板涂漆冲压后,漆膜完好。结论 Ra和Rpc对热镀锌板耐指纹性影响不大,对耐磨蚀性和涂装性影响显著。     

AZ91D镁合金Ni-W-P多层化学镀层的摩擦磨损及耐腐蚀性能

采用多层化学镀工艺在AZ91D镁合金表面成功制备了Ni-W-P多层化学镀层。通过XRD、SEM、摩擦磨损实验以及电化学分析测试等方法,对比研究了普通单层化学镀试样与多层化学镀试样的显微结构、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能。结果表明：多层化学镀层的摩擦因数、维氏硬度及磨损速率与单层化学镀层大体相当,分别为0.33、933 HV和1.46 mg/Km,保留了单层化学镀层优异的耐磨损性能。此外,多层化学镀层的孔隙率较单层化学镀层降低了2个数量级,涂层更为致密。与普通单层化学镀层相比,多层化学镀层的耐蚀性能显著提高,其腐蚀电位和击破电位分别提高了168和209 mV,钝化电流密度由4.212 μA·cm⁻²降低至1.306 μA·cm⁻²。因此,多层化学镀层有望成为AZ91D镁合金更有前景的耐磨耐蚀防护涂层。     

激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响

目的优选陶瓷刀具表面微织构形貌,以获得减摩性能较好的微织构。方法采用摩擦磨损实验,单因素研究微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响。测定不同形貌织构刀具的表面摩擦系数,对比其表面磨损形貌,并通过有限元分析软件ABAQUS对微织构表面摩擦过程进行有限元仿真分析,研究不同织构对刀具应力分布的影响。结果在载荷90 N、转速300 r/min、时间30 min的条件下进行摩擦磨损实验,无织构刀具表面摩擦系数约为0.42;放射状微织构刀具的微织构方向与对磨副运动方向垂直,其摩擦系数最低,约为0.35。有限元仿真分析表明,无织构刀具应力集中出现在对磨副与刀具接触的前沿,约16.68~18.19 MPa,应力集中容易引起局部磨损;微织构方向与速度方向垂直时,等效应力值约为21.96~31.37 MPa,应力分布更为均匀,应力较大值分布在微织构沟槽的两侧,刀具更耐磨。结论相比于无织构刀具,加工微织构会使得刀具表面摩擦系数降低,耐磨损性能提高,应力分布更为均匀。     

钛合金表面原位合成TiN渗镀层摩擦性能研究

采用双层辉光离子渗金属技术在钛合金TC11表面原位合成TiN渗镀层以提高其耐磨性。利用OM、SEM、EDS、XRD对TiN渗镀层的形貌、组织成分、相结构进行分析;通过显微硬度、划痕试验对TiN层力学性能进行研究;通过常温磨损试验研究了TC11合金表面TiN渗镀层摩擦磨损行为及机理。结果表明,在常温磨损试验条件下TiN层摩擦系数下降一半,表现出较好的减磨耐磨性能;渗镀层显微硬度达到1400HV0.2;渗镀层与基体结合力为45N,结合强度高。     

Er对Al-Zn-Mg合金微观组织与摩擦性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)和材料表面综合测试仪研究了Er对Al-Zn-Mg合金微观组织和力学性能的影响,并研究其在不同载荷下的摩擦磨损行为。结果表明,添加Er后合金伸长率提高约30%,晶粒尺寸明显细化,平均晶粒尺寸减小约68%。合金在摩擦过程中经历了摩擦副磨合和稳定磨损两个阶段,随着载荷的增大,摩擦因数曲线波动增大。O在摩擦层大量富集,证明了氧化磨损机制的存在。加载载荷为30 N时为磨粒磨损、疲劳磨损以及粘着磨损混合作用机制;加载载荷为70 N时磨粒磨损加剧并伴随疲劳磨损,且添加Er可以降低合金表面的剥落趋势,从而减少磨损。     

表面微坑复合MoS2镍基涂层及摩擦磨损性能研究

目的 为解决硬质涂层抗磨与减摩性能难以兼顾的难题,提出并制备出具有优异减摩耐磨性能的表面微坑复合MoS2镍基涂层结构,为抗磨减摩性能统一的涂层设计提供重要依据。方法 以42CrMo轴承钢为基体,采用两种加工方法(在42CrMo轴承钢表面采用激光熔覆制备镍基涂层,在涂层表面电火花加工微坑织构)制备表面微坑复合MoS2镍基涂层,通过球-盘摩擦磨损试验(GCr15对磨球)分别测试3种载荷(2、4、6 N)下42CrMo轴承钢、42CrMo轴承钢表面镍基涂层和表面微坑复合MoS2镍基复合涂层试样的摩擦学性能,并通过先进测试技术(XRD、SEM)分析复合涂层的组织结构及磨痕微观形貌。结果 在不同载荷工况下,镍基涂层的磨损率远小于42CrMo轴承钢,表面微坑复合MoS2镍基涂层的摩擦因数和磨损率均小于镍基涂层和42CrMo轴承钢,在4 N载荷工况下,镍基-MoS2复合涂层具有最低摩擦因数,达到0.36,磨损率为7.41×10^?7 mm³/(N.m),比镍基涂层试样(26.621 0^?7 mm³/(N.m))降低了72.09%。结论 表面微坑复合MoS2镍基涂层结构中涂层与环氧树脂粘结MoS2固体润滑剂可独立高效发挥自身耐磨、减摩特性,并在不同载荷下发挥协同作用,两种方法复合处理能得到具有良好减摩耐磨性能的表面。     

连续退火热镀锌板镀层表面黑点缺陷研究

研究了热镀锌板镀层表面黑点的产生机理,分析了该缺陷对热镀锌板涂镀质量的影响,提出了相应的改进措施。结果表明,基板表面存在微小凹坑,镀锌后表面形成黑色圆形氧化膜,即黑点缺陷,对热镀锌板涂镀后的磷化膜质量产生不利影响。实际生产中,通过降低热轧卷的卷曲温度、清洗槽电解电流密度及提高退火炉的密封性,可有效减轻该缺陷。     

腐蚀高强Q690D钢板耐腐蚀性能及其机理研究

针对矿井用耐蚀高强钢的开发,介绍了新型耐蚀高强Q690D钢板化学成分、组织及力学性能。主要通过盐雾试验及电化学试验对普通Q690D、耐蚀Q690D钢板的耐蚀性能进行了测试,分析了耐蚀钢的多因素耦合的腐蚀规律,揭示了耐蚀钢的腐蚀机制。结果表明:耐蚀Q690D钢板中较高的Cr元素有利于降低试验钢基体表面的电位差,降低腐蚀倾向;钢板组织状态不同,表面电位差也有一定差异,耐蚀Q690D钢板经淬火+回火处理后得到的回火马氏体/贝氏体组织,强韧良好,耐蚀性较普通Q690D钢板提高1.5倍。EBSD表征结果表明:小角度晶界由于其高度有序结构,具有较小的自由体积和较低的界面能,能够打断大角度晶界的连通性,能够有效地阻断腐蚀沿着大角度晶界的扩展,所以腐蚀速率会随着小角度晶界比例的上升而下降。     

碳含量对低合金耐磨钢组织及耐磨性的影响

研究了碳含量分别为0.31%、0.38%和0.50%的低合金耐磨铸钢热处理后的组织、强韧性及不同磨损条件下的磨损性能。结果表明,试验钢经950℃淬火及250℃回火,显微组织均以板条马氏体为主,随含碳量的增加,组织有所粗化,并且有片状马氏体出现。试验钢的硬度随碳含量的增加而增加,但韧性下降。磨损试验结果表明,冲击磨料磨损条件下,主要表现为凿削磨损,碳含量为0.38%的试验钢具有较好的耐磨性;静磨料磨损条件下,主要表现为切削磨损,耐磨性主要受硬度的影响,碳含量为0.50%试验钢具有较好的耐磨性。     

Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢耐腐蚀磨损性能研究

为提高腐蚀磨损条件下耐磨钢使用寿命，通过浸泡试验、磨损试验和腐蚀磨损试验以及微观组织表征方法，研究了Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢的耐腐蚀性能、耐磨损性能、耐腐蚀磨损性能以及表面特征，并探讨了腐蚀与磨损相互作用机理。结果显示，纯腐蚀、纯磨损以及腐蚀与磨损交互作用分别占腐蚀磨损总量的0.2%、82.9%、16.9%，表明在腐蚀条件下磨损性能恶化，磨损过程中材料表层状态发生变化使腐蚀与磨损相互促进，是产生腐蚀与磨损交互作用的主要原因，降低腐蚀与磨损的交互作用，有利于提高耐腐蚀磨损性能。     

Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢耐腐蚀磨损性能研究

为提高腐蚀磨损条件下耐磨钢使用寿命,通过浸泡试验、磨损试验和腐蚀磨损试验以及微观组织表征方法,研究了Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢的耐腐蚀性能、耐磨损性能、耐腐蚀磨损性能以及表面特征,并探讨了腐蚀与磨损相互作用机理。结果显示,纯腐蚀、纯磨损以及腐蚀与磨损交互作用分别占腐蚀磨损总量的0.2%、82.9%、16.9%,表明在腐蚀条件下磨损性能恶化,磨损过程中材料表层状态发生变化使腐蚀与磨损相互促进,是产生腐蚀与磨损交互作用的主要原因,降低腐蚀与磨损的交互作用,有利于提高耐腐蚀磨损性能。     

柱塞表面激光熔覆铁基涂层的强韧化机理

文中在柱塞表面激光熔覆制备高硬度铁基涂层,采用SEM,XRD,EPMA和TEM等手段研究熔覆层组织特征及耐磨性,阐述其强韧化机理.结果表明,激光熔覆铁基合金涂层成形良好,无裂纹及气孔等缺陷,熔覆层与基体呈冶金结合,组织由(Ni,Fe)固溶体、(Cr,Fe)₂₃C₆碳化物和少量孪晶马氏体组成.铁基熔覆层的强化机制主要有细晶强化、固溶强化、弥散强化以及马氏体强化;熔覆层内(Ni,Fe)固溶体及细晶强化的综合作用,保证了高硬度铁基涂层的韧性.铁基熔覆层显微硬度较45钢提高4倍,最大值H_HV0.2=850 GPa;熔覆层耐磨性明显高于45钢,45钢表面出现大面积疲劳剥落,铁基熔覆层磨损面平整,磨痕很浅且少,磨损机制为轻微的磨粒磨损.     

热镀锌板镀层表面点状缺陷的分析方法

使用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和激光共聚焦扫描显微镜（LCSM）等分析方法研究了热镀锌板镀层表面的典型点状缺陷。结果表明：采用扫描电镜和激光共聚焦显微镜可以获得缺陷的形貌特征,而使用能谱分析仪可以确定缺陷的元素构成。根据点状缺陷的形貌特征及其元素组成,可以判断点状缺陷的来源。     

镀锌板CMT焊焊缝气孔影响因素及产生机理

镀锌板在车身材料中得到广泛应用,但其熔化极气体保护焊(GMAW, gas metal arc welding)存在气孔缺陷. 从焊接电流模式、焊枪行进倾角、预留间隙、焊接保护气体成分和焊接电流焊接速度匹配等几个方面,研究其对镀锌板弧焊焊缝气孔影响规律及其气孔产生的机理,用X射线探伤对内部气孔进行观察统计. 结果表明,冷金属过渡(CMT,cold metal transfer)焊由于其低热输入,内部气孔少,适合焊接镀锌板;焊枪行进倾角选用后倾焊(焊枪指向待焊区域)为佳;预留间隙可以显著抑制气孔产生;保护气体中加入适量CO₂可以减少气孔;焊接速度加快会减小气孔尺寸,但数量会有所增多.     

冷轧热镀锌板表面线状凸起缺陷成因分析

针对热镀锌板缺陷问题,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪等观察了凸起缺陷的组织形貌,分析了凸起部分的成分,在此基础上对热镀锌板表面线状凸起缺陷产生的原因进行了分析。根据凸起部分的组织和能谱结果可以判定,镀锌前带钢表面出现的纵向裂缝或者起皮是凸起缺陷产生的主因。镀锌过程中,锌液在带钢表面裂缝或起皮处堆积生长,形成凸起,凸起外侧的基体组织硬度较大,将锌液包覆在外层与基板之间,不易被锌锅气刀吹掉,残留下来在镀锌板表面形成线状凸起缺陷。