不同氮氩比对TC4合金激光气体渗氮的影响

针对TC4激光渗氮时产生裂纹而影响材料使用性能的问题,试验采用氩气和氮气的混合气体,对钛合金板块TC4进行激光气体渗氮,并研究了不同的氮气含量对渗氮层的裂纹、组织特征以及硬度等的影响.结果表明,在氮气含量低于40％的情况下,渗氮表面基本无裂纹产生;渗氮层的表面硬度以及渗氮深度随着氮气含量的降低而有所降低.另外还对渗氮层进行线扫描分析发现,在钛合金TC4激光气体渗氮过程中,渗氮层中的合金元素发生了选择性汽化现象.     

氮气辅助316L不锈钢激光-MIG复合焊接组织与耐蚀性能

为了提高纯氩气下MIG焊接316L不锈钢的稳定性、改善焊缝组织以及强化耐腐蚀性能,引入1 200 W小功率激光对MIG电弧进行诱导压缩,同时在氩气中混入氮气,探索不同流量比的Ar-N₂混合气体对焊缝微观组织及其耐腐蚀性能的影响. 结果表明,激光的诱导作用能够收缩并稳定MIG电弧,随着氮气流量的增加,焊缝的熔合线逐渐平缓,内部气孔缺陷明显降低;XRD测试和显微组织分析发现,渗氮后的焊缝内部γ相含量明显增多,中下部区域均为细小均匀的γ胞状晶,中上部区域为γ树枝晶,并且一次枝晶间距逐渐减小. 当氮气流量增加到5 L/min,焊缝的显微硬度可综合提升20 HV;电化学极化测试发现,渗氮之后的焊缝表现出更强的耐腐蚀性能. 试验证实,氮气辅助激光-MIG复合焊接工艺能够改善316L不锈钢焊缝的显微组织和耐腐蚀性能,当Ar∶N₂气体流量比为20∶5时,γ相的强化效果最显著,综合耐腐蚀性能最好.     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

Cr12MoV钢的等离子渗氮的优化

Cr12MoV冷作模具钢的表面改性技术研究一直受到关注。本文采用双辉等离子体渗金属设备研究了等离子渗氮的工艺参数对渗氮层质量的影响。通过优化工艺参数实现了对Cr12MoV钢可靠渗氮,炉压500 Pa、渗氮温度500～550℃和保温4 h,渗层表面显微硬度最高达到1100 HV、渗层深度为0.15 mm。本研究拓展了双辉等离子渗金属设备的应用范围。     

工艺参数对原位生成TiN/Ti3Al复合涂层微观组织的影响

采用等离子喷涂与激光渗氮技术相结合的工艺方法,在Ti6Al4V合金表面实现了TiN/Ti3Al金属间化合物复合涂层的快速制备.首先在Ti6Al4V基体表面利用等离子喷涂的方法预置一层纯铝涂层;然后在纯氮环境下,利用激光渗氮化技术对试样表面进行合金化处理.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等试验手段,研究了氮气流量以及激光扫描速度两个激光渗氮工艺参数对TiN/Ti3Al金属间化合物复合涂层的微观组织的影响.结果表明,复合涂层中TiN相的含量随着氮气流量的增加与激光扫描速度的减小而增加.工艺参数对涂层中TiN增强相的形貌有着重要影响.在高氮气流量、低激光扫描速度条件下制备出的涂层中,TiN相呈颗粒状.对于低氮气流量、高激光扫描速度条件下,TiN增强相呈树枝状.     

离子渗氮压力对H13钢摩擦磨损性能的影响

研究了等离子渗氮压力对H13模具钢渗层组织、显微硬度和摩擦学性能的影响,对磨损后的显微形貌进行了分析,对磨损机理进行了探讨.结果表明:选择N2与H2的体积比为2∶ 1,渗氮温度为540 ℃,渗氮压力为1066 Pa的工艺条件,渗氮层厚度值最大,硬度曲线最平缓,摩擦因数低,磨损量最小,具有相对较好的耐摩擦磨损性能.     

激光气体渗氮工艺对TC4钛合金表面性能的影响

钛合金属于粘性材料,易发生粘着磨损,为提高钛合金件作为摩擦副使用时的寿命,需提高钛合金表面硬度及耐磨性。利用连续激光器在TC4合金表面进行激光气体渗氮,生成金黄色的氮化层。用SEM、EDS、XRD分析试样渗氮层的微观组织、元素分布以及物质组成。结果表明,经激光气体渗氮后在TC4表面生成了以Ti N为增强相的改性层,并且在未渗氮区有黑色粉末状Ti N生成。表层由氮化层、热影响区及母材组成。渗氮层与基材发生冶金结合,结合强度高,不易剥落。随着激光功率的提升,渗氮层厚度及硬度都有所增加。当功率为1 200 W时,钛合金表面渗氮层最高硬度超过1 800 HV0.3,渗氮层厚度也最大。在氮气流量为10 L/min时整个渗氮层中氮元素的含量相对较高。经过激光气体表面渗氮后渗氮层的摩擦系数较基体材料摩擦系数有明显降低,耐磨性更好。     

TC4钛合金负压真空脉冲渗氮层的组织与性能

在氮气为负压及不同温度条件下(750、800、850和900℃)对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,采用X射线衍射,自动显微硬度测试、滑动干摩擦及电化学极化试验等手段分析了渗氮硬化层的组织与性能。结果表明:TC4钛合金渗氮处理后表面形成了一层由TiN_(0.3)、TiN、Ti_2N和AlTi_2N组成的多相化合物层;其表面硬度、渗层深度及耐磨性均随渗氮温度升高而提高。其中,850℃渗氮后合金有效硬化层深度约为30μm,硬度梯度平缓,其磨损量比原样下降1个数量级,综合性能最优。真空渗氮后合金耐蚀性均能得到大幅度改善。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

Ti13Nb13Zr 合金离子氮化层的摩擦磨损性能研究

目的提高医用钛合金的耐磨损性能。方法应用等离子渗氮技术在Ti13Nb13Zr基材上制备改性层,并对改性层组织、成分及硬度进行测试。利用往复磨损试验机研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与未处理的基材进行对比。结果 Ti13Nb13Zr合金表面经渗氮后形成致密均匀的改性层,硬度高达1110HV0.025,改性层的磨损体积约为基材的1/23。结论等离子渗氮技术有效地改善了Ti13Nb13Zr合金的摩擦磨损性能。     

1Cr18Ni9Ti钢等离子氮化工艺参数的优化

运用正交试验法,研究1Crl8NigTi奥氏体不锈钢等离子渗氮工艺.分析影响渗氮层结构和性能的主要工艺因素,获得渗氮工艺最优化参数.通过光学显微镜观察渗氮层的组织,利用显微硬度计测定各试样渗氮层的室温显微硬度.结果表明,影响渗氮工件表面结构和性能的主要因素是渗氮温度和N2:H2;渗氮层最大厚度为56.50μm,最大显微硬度为1 732.00HV;最佳氮化工艺参数为:氮化温度560℃,N2:H2=1∶1,工作炉压533.288 Pa,氮化时间3 h.     

钢铁材料的脉冲直流等离子渗氮研究

脉冲直流等离子渗氮处理已成为金属材料表面强化的重要方法。介绍了1Cr18Ni9Ti不锈钢、38CrMoAl渗氮钢、Cr12MoV模具钢等几种常用材料的脉冲直流等离子渗氮处理的工艺特点和性能变化,并对等离子渗扩处理进行了展望。     

氩气氛离子渗氮提高H13钢热疲劳性能

介绍了将氩气通入热作模具钢—H13钢的离子渗氮过程,用体视显微镜、光学显微镜、硬度计及X衍射分析仪等仪器,分析了氩气氛离子渗氮对H13钢渗层及其热疲劳性能的影响。结果表明:氩气能有效降低渗层的硬度梯度,提高离子渗氮H13钢的热疲劳性能。     

二次调质离子渗氮工艺参数对35CrMo钢耐蚀性的影响

采用不同的回火温度、渗氮温度和N2与H2的比例,对35CrMo钢进行热处理,通过正交试验分析这些参数对渗氮层耐蚀性的影响。结果表明,最佳的耐蚀性热处理工艺为回火温度550℃、渗氮温度540℃、氮气与氢气流量比为1∶5。XRD分析表明白亮层组织以γ’相为主,并含一定量的α-Fe(N)和ε相,这种组织有很好的耐蚀性,且具有较小的的脆性。     

钛合金缝隙腐蚀、离子渗氮与表面纳米化的研究进展

钛合金凭借优异的耐腐蚀性能,在海洋工程中有着巨大的应用前景,但是其在苛刻条件下易发生缝隙腐蚀及耐磨性差等缺点也影响了它的使用。总结了钛合金发生缝隙腐蚀的条件与原因,以及普通离子渗氮对钛合金耐磨性和耐腐蚀性能的影响,并重点探讨了表面纳米化对钛合金离子渗氮层结合力和耐蚀性能的影响。研究发现,钛合金在高温(65℃以上)、高酸性(低pH值)、高Cl~-浓度、低氧含量的苛刻环境中会发生缝隙腐蚀,氧浓差电池与自催化酸化作用是钛合金缝隙腐蚀的主要机理,钛吸氢形成的脆性TiH_2则会加速缝隙腐蚀过程。普通离子渗氮在钛合金表面形成的高硬度TiN、Ti_2N层可以提高钛合金的耐磨性,同时提高其耐均匀腐蚀性能。但是,由于离子渗氮层与钛合金基体的硬度差别较大,结合力不强,腐蚀过程中容易发生脱落。利用表面纳米化技术制备表面梯度纳米晶结构,有望通过离子渗氮获得结合力好的渗氮层结构,并可以有效降低渗氮温度。     

38CrMoAl钢钛催渗等离子氮化工艺研究

目的 探究38CrMoAl钢钛催渗等离子渗氮工艺及机理.方法 在其他工艺参数确定的情况下,通过常规等离子渗氮与钛催渗等离子渗氮处理对比试验,研究38CrMoAl钢钛催渗离子渗氮处理随渗氮时间的变化规律.对试样进行表面硬度、渗层深度检测和显微金相组织与SEM形貌的观察,探究不同处理工艺的催渗效果及钛催渗等离子渗氮的机理.结果 在渗氮的前3 h,渗氮层厚度增加明显,当渗氮时间超过3 h后,其氮化层的厚度便趋于饱和.对比不同时间(3、5、8 h)钛催渗等离子渗氮的表面硬度,差距不大.综合得出38CrMoAl钢在渗氮温度535℃、氨气流量2.0 L/min的工艺参数下,钛催渗等离子渗氮效率最优的渗氮时间为3 h,其表面硬度为1160.8HV,渗层深度为300μm,优于常规离子渗氮8 h的作用效果.结论 38CrMoAl钢试样经过钛催渗等离子渗氮后,渗层的表面硬度和深度明显高于常规离子渗氮.钛的加入可以促使合金元素向表面富集,有利于表面合金化,提升渗氮效率,增强渗氮效果.     

氢气氛离子渗氮提高H13钢热疲劳性能

介绍了将氩气通入热作模具钢—H13钢的离子渗氮过程,用体视显微镜、光学显微镜、硬度计及X衍射分析仪等仪器．分析了氩气氛离子渗氮对H13钢渗层及其热疲劳性能的影响。结果表明：氩气能有效降低渗层的硬度梯度,提高离子渗氮H13钢的热疲劳性能。     

前置渗氧对TC4钛合金低温等离子复合渗层微观结构和耐磨损性能的影响

针对钛合金硬度低、耐磨性差的缺点,提出了一种由渗氧和氧氮共渗两个过程组成的低温等离子复合渗工艺,并着重研究了前置渗氧对钛合金表面微观结构、物相组成及耐磨性能的影响。利用SEM、TEM、XRD等手段对复合渗层的微观结构和相组成进行了分析,结果表明,等离子复合渗处理的钛合金样品渗层主要由化合物层和扩散层组成,物相为金红石型TiO₂和氮化物TiN_0.26。采用显微硬度计、纳米压痕仪和往复式摩擦试验机对渗层的显微硬度和摩擦磨损性能进行了表征,结果表明,与传统等离子渗氮相比,等离子复合渗处理可增加渗层的厚度,显著提高钛合金的硬度和弹性模量,大幅改善钛合金的耐磨损性能。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

大模数齿条裂纹等离子弧熔覆修复试验

针对齿轮齿条爬升式升船机大模数齿条大裂纹缺陷,采用等离子弧熔覆技术进行了裂纹修复试验研究。试验件基材为40CrMo钢并预制裂纹,熔覆填充材料为Fe35合金粉末,研究了等离子弧熔覆电流、等离子气流量、氩气流量、预热温度和扫描速度等工艺参数对熔覆层性能的影响,并采用显微硬度计、摩擦磨损测试仪及材料高温性能试验机,检测熔覆层硬度、摩擦磨损和抗拉性能。结果表明,等离子弧熔覆最佳工艺参数为:扫描速度150 mm/min,预热温度150℃,熔覆电流120 A,离子气流量5 L/min,氩气流量10 L/min,熔覆层横截面硬度比基材的提高14.0%,磨损量比基材的少78.9%,抗拉强度达到1 096 MPa,伸长率为9%,熔覆层致密性良好,无裂纹和气孔等缺陷。