Ni-Co-P中间层优化玄武岩纤维增强铝基复合材料的界面结构和力学性能

界面优化是提高铝基复合材料最为有效的手段。通过化学镀工艺成功制备0.2 μm厚Ni-Co-P合金镀层修饰的玄武岩纤维，并通过真空热压烧结工艺合成Ni-Co-P镀层修饰玄武岩纤维增强2024Al复合材料（BF(Ni-Co-P)/Al）。探究了Ni-Co-P镀层对BF(Ni-Co-P)/Al复合材料界面结构及拉伸性能的影响机制。结果表明：复合材料中Ni-Co-P镀层形成稳定的Ni-Co-P中间层，不仅抑制了玄武岩纤维与铝合金基体间的有害界面反应，且优化了二者间的结合强度。BF(Ni-Co-P)/Al复合材料密度及硬度明显优于BF/Al复合材料，且当玄武岩纤维体积分数为30vol%时，BF(Ni-Co-P)/Al复合材料屈服强度和抗拉伸强度分别为252和360 MPa，大幅高于未修饰纤维增强铝基复合材料和铝合金基体，并表现出渐进累积失效的断裂模式。     

预镀层钛合金与铝合金电弧熔钎焊接头界面组织及力学性能分析

钛合金板坡口位置预先热浸镀纯铝镀层,采用TIG电弧熔钎焊的方法连接镀层钛合金与铝合金,对比分析了有镀层和无镀层条件下形成的接头界面组织及焊缝强度.结果表明,两种条件下界面处生成相同成分的金属间化合物TiAl₃,其中无镀层条件下Ti/Al界面反应层呈锯齿状,厚度4~6 μm,焊缝平均拉伸强度118 MPa,以脆性断裂为主;镀层条件下界面生成均匀稳定金属间化合物,厚度2 μm以下,焊缝平均拉伸强度205 MPa,以韧性断裂为主.镀层的引入减薄了金属间化合物反应层厚度,从根本上改变了接头的断裂的方式.     

铜-不锈钢真空扩散连接工艺及界面微观结构

采用电镀工艺,在纯铜基体表面制备出约2.74μm的单质Au镀层,在950℃,1MPa压力下实现了铜与不锈钢的真空扩散接合,并与铜-钢直接连接接头进行界面显微结构对比.试验结果表明:在直接连接800℃时结合界面钢侧存在明显的元素沿晶界扩散现象,接头抗剪强度158MPa,约为铜母材强度的86%;添加单质Au镀层中间层时,有...     

复合材料单向板的拉伸失效

由于复合材料断裂特征的复杂性,尚未给出所受载荷与断裂特征之间的关系,通常认为失效模式与层板的基体、纤维类型及试验温度有关。本研究通过拉伸试验、断口观察等方法研究了碳纤维与玻璃纤维增强树脂基复合材料单向板在-55、23及70℃的0°拉伸失效行为,分析了单向板0°拉伸的断裂特征、失效模式及其影响因素。结果表明:复合材料单向板的0°拉伸主要有2种失效模式,纤维基体断裂和界面失效;由于2种失效模式所占的比例不同,形成多种断口形态;失效模式、断裂特征与复合材料的拉伸强度关系不大,主要与界面的结合强度有关;试验温度、纤维、基体等对其断裂特征与失效模式的影响也主要是界面强度变化所致。     

GCr15表面TiC/Fe复合层的制备及其与基体结合性能分析

研究以GCr15和TC4为原料,采用热压扩散原位反应在GCr15表面制备TiC/Fe复合层. 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、自动划痕仪和显微硬度仪测试表征复合层的物相组成、显微组织、复合层的界面结合性能和显微硬度的变化. 结果表明,在1000 ℃和40 MPa条件下保温2 h,4 h和6 h后,TiC/Fe复合层厚度分别为5 μm,7 μm和10 μm,复合层厚度均匀,与基体界面平整,其表面物相组成仅为TiC和α-Fe相,复合层的显微硬度最高达到2453.7 HV0.05,约为轴承钢基体的5倍. 显微划痕与拉伸试验可知1000 ℃和40 MPa条件下保温4 h所得复合层与基体界面结合的临界载荷为58.5 N,界面结合强度大于221 MPa,表明热压扩散原位制备GCr15表面TiC/Fe复合层与基体之间具有优异的结合性能,对基体保护作用良好.     

酸洗对钕铁硼磁体电镀镍层防护失效的影响

研究了酸洗工艺对电镀镍镀层与烧结钕铁硼基体间结合强度的影响.结果表明:经过酸洗之后,钕铁硼基体表面层变成了疏松结构,表面的显微硬度降低,镍镀层与钕铁硼基体结合强度随酸洗时间的增加而逐渐降低.通过分析剥离层的横截面发现,镀层与基体的剥离面位于钕铁硼基体内部,而不是镀层与基体的结合界面.采用垂直拉伸的剥离方法测量结合强度,表面和断面形貌通过SEM进行观察,利用维氏硬度计测量钕铁硼经过酸洗后的表面维氏硬度.     

用单摆冲击划痕法测定膜基界面结合强度

膜和基体之间界面结合强度是评价膜层质量很重要的性能指标.采用单摆冲击划痕法对膜基界面结合强度进行了定量研究.单摆冲击划痕法具有动态加载的特性,可从力和能量两个方面获得膜基破坏过程信息,用其测定的膜基界面单位面积所消耗的能量ε可用来定量表征膜基界面结合强度.研究结果表明,提高镀层磷含量、选择合适的基材表面粗糙度(Ra≈0.4μm)和合适的热处理温度(400℃)有利于提高Ni-P化学镀层的界面结合强度和临界法向载荷.     

镁合金表面不同掺杂类石墨镀层的界面研究

利用非平衡磁控溅射技术分别在镁合金基体上制备了以Al、Zr、W为过渡层的类石墨镀层。使用透射电子显微镜(TEM)对镀层的截面微观结构及相组成进行分析;使用划痕仪与摩擦磨损机测试镀层的膜基结合强度和摩擦性能。结果表明,镁基体-铝过渡层界面形成了镁和β-Mg17Al12相混合的合金相分层界面;镁基体-锆过渡底层界面形成了较好的局部连续界面;镁基体-钨过渡底层界面为钨粒子对镁合金基体注入形成约20 nm的镁-钨团簇混合界面层。镁基体表面铝、锆、钨掺杂碳镀层的膜基结合力分别为10.2、11.0、4.8 N。掺杂碳镀层工作层成分及结合力的不同,导致镀层耐磨减摩性能差异较大:掺铝碳镀层有较小摩擦系数,在0.1~0.18之间,且耐磨性较好,在球-盘实验结束后镀层依然没有失效;掺锆碳镀层大约在1600 s失效,摩擦系数急剧增大,失效前的摩擦系数在0.08~0.18之间,具有良好的减磨耐磨效果;掺钨碳镀层从一开始摩擦系数就急剧增加,在250 s左右完全失效,出现大面积剥落,在3种镀层中耐磨减摩效果最差。     

碳钢–橡胶硫化黏接拉伸力学行为与黏接失效机理

目的 研究碳钢-橡胶黏接结构件的拉伸力学行为和黏接失效机理,同时获得黏接工艺参数对碳钢-橡胶黏接界面质量的影响规律。方法 引入内聚力模型来描述黏接界面的黏接失效过程,通过黏接结构件界面力学性能实验拟合,获得内聚力参数,建立碳钢-橡胶黏接三维拉伸数值模型,从拉伸应力、剥离应力、损伤因子和刚度弱化的角度分析碳钢-橡胶在拉伸载荷作用下的黏接失效行为,研究刚度、初始损伤强度和断裂能对碳钢-橡胶黏接界面力学性能的影响规律。结果 在实验得到的内聚力参数下,碳钢-橡胶黏接界面中部最大拉伸应力比边缘增大了0.42 MPa,黏接界面边缘的最大剥离应力比最大拉伸应力增大了0.77 MPa。在拉伸位移为1.35 mm时,黏接界面中部最先进入损伤演化。当拉伸位移增至1.8 mm时,黏接界面边缘进入损伤演化,黏接界面中部完全失效,刚度的减小使得黏接界面的抗拉伸能力增强,刚度越小黏接界面的抗拉伸能力增强效果越明显。初始损伤强度小于3.42 MPa,黏接界面损伤演化速度明显较慢,在较大拉伸位移下才会发生黏接失效。不同断裂能的黏接界面进入损伤演化时的拉伸位移一致,断裂能越大的黏接界面损伤演化至完全失效的速度越慢。结论...     

电镀辅助热等静压扩散连接钨/钢接头的特征

采用电化学沉积技术在纯钨圆柱表面上电镀了厚度为10 μm的Ni镀层,再利用热等静压扩散连接方法制备可应用于核聚变堆部件的钨/钢圆柱体连接试样。热等静压扩散连接工艺参数设定为900 ℃/100 MPa/1 h。由组织和成分分析可知钨/钢扩散连接接头形成了良好的冶金结合,其接头抗拉伸强度约为236 MPa,但由于残余应力集中,钨/钢接头断裂失效发生在靠近连接界面的钨基体内。实验加入Cu作为软质中间层,通过蠕变或者屈服机制释放残余应力,使得钨/钢接头强度提高到312 MPa。同时分析了镀层的结合力和钨/钢连接接头界面的硬度分布。     

等离子熔覆多元镍基涂层-基体的力学性能研究

目的在FV520B不锈钢基体上,采用等离子熔覆技术制备多元镍基涂层,研究不同成分配比涂层-基体协同作用下的力学性能。方法通过扫描电子显微镜分析涂层的表面及界面形貌,并对涂层-基体进行了拉伸及高温压缩性能测试,得到各涂层的抗拉强度及高温变形抗力,对比分析组织、相分布特征及涂层成分对涂层-基体系统力学性能的影响。结果等离子熔覆涂层组织致密,界面处呈现良好的冶金结合,这种结合方式可提高涂层-基体的综合力学性能;涂层-基体协同作用可显著提高材料的抗拉强度及变形抗力,且涂层的成分、组织及相分布特征是影响涂层-基体协同形变行为的关键因素。其中,Ni60+20%Ti涂层材料的抗拉伸性能最好,抗拉强度高达921 MPa,较基体材料提高了19.6%。Ni60+30%Ti+10%WC涂层-基体的高温力学性能最好,高温变形抗力达687.87 MPa。结论等离子熔覆多元镍基涂层使基体材料的抗拉强度有所提高,且高温变形抗力提高显著。     

不同双层结构AlCrN/AlCrVN多层涂层的力学和磨损性能

采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层,并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示,沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al,Cr)N组成,优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比,具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10^-11 m³/N·m）,以及较高的硬度（HK_0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（L_C2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面,有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示,当切削磨损标准VB=0.2时,AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性,最长的切削长度为7.4 m。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

超声波冲击法对微弧火花沉积涂层性能的影响

在相同条件、机制下制备微弧火花沉积试样,在超声波冲击处理前后,对试样采用拉伸试验、显微硬度检测、残余应力检测、X光检测、耐蚀性试验和显微组织观察等试验方法开展了对比分析,研究了超声波冲击处理对微弧火花沉积涂层性能的影响。结果表明,对微弧火花沉积涂层进行超声波冲击,能够减少层间孔隙、疏松、未熔合等缺陷,致密沉积涂层,提高沉积涂层抗拉强度,可有效改善沉积表面强化层的应力分布,使表面呈现压应力状态。选择耐腐蚀性能较强的沉积材料修复飞机零件表面局部损伤、腐蚀缺陷,并进行超声波冲击将能大大提高飞机零件抗腐蚀能力。     

TiAlSiN纳米复合涂层的改性研究现状及发展

随着切削技术向高速、高效、高精、绿色、智能方向发展,切削加工对刀具及涂层性能提出了更高的要求,以TiAlSiN涂层为代表的四元硬质涂层发展迅速。综述了单层TiAlSiN纳米复合涂层的制备工艺、结构与性能特点,根据TiAlSiN单层涂层存在低韧性和低结合强度的问题,提出了对TiAlSiN涂层改性研究的必要性。综述了结构改性、成分改性以及二者相结合改性TiAlSiN涂层的制备工艺、结构与性能特点,指出了纳米多层结构的TiAlSiN涂层中存在的横向层间界面对原子的扩散具有良好的阻碍作用,涂层的抗氧化性由此被提高,涂层硬度等力学性能受多层结构的调制层成分、调制周期等因素影响而被提高或降低。介绍了C、Cu、Cr、V等合金化元素在TiAlSiN涂层中的作用效果,C元素在涂层中具有减摩作用,Cu元素的主要作用是增强涂层与基体的结合,Cu、Cr、V元素在涂层中均使涂层硬度不同程度降低,提出了最大限度发挥添加元素与层间界面结构的协同作用来获取最佳性能的纳米多层结构TiAlSiN基多元涂层是今后研究的重要方向之一。此外,还提出了通过基体前处理和涂层后处理增强TiAlSiN涂层韧性和层基结合强度的发展方向。     

Influence of substrate properties on the impact resistance of WC cermet coatings

This research delivers a generic understanding of the design and integrated performance of the coating-substrate systems under impact loading, and comprehends the understanding of underpinning failure mechanisms. Repeated severe impacts to the coatings often result in poor performance by cracking and delamination from the coating-substrate interface. The durability of coatings thus depends on the choice of coating and substrate materials, coating deposition process, and service conditions. The design of thermal spray coatings thus requires an optimization of these parameters. This investigation provides insight into the role of coating and substrate properties on the impact resistance of coated materials, and maps the relationship between the impact resistance of WC cermet coatings on a variety of substrates. Results indicate that the delamination resistance of the coating during impact loading not only depends upon the hardness and roughness of the substrate material, but, more importantly, substrates with a higher work-hardening coefficient indicate a higher delamination resistance. The original version of this paper was published as part of the DVS Proceedings: “Thermal Spray Solutions: Advances in Technology and Application,” International Thermal Spray Conference, Osaka, Japan, 10–12 May 2004, CD-Rom, DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf, Germany.     

PVP-Cu2O微胶囊防污涂料的制备及性能研究

目的合成一种氧化亚铜微胶囊,以其为防污剂制备防污涂料,并进行性能研究。方法利用亚硫酸钠还原-单凝聚法合成聚乙烯吡咯烷酮-氧化亚铜(PVP-Cu_2O)微胶囊,并利用电镜测试和红外光谱对微胶囊的结构组成和包覆效果进行了验证。以合成的微胶囊为防污剂,PU/EP改性树脂为基体,制备了防污涂料试样,对涂料试样的涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水性能、释放性能等进行了测试表征,探究防污剂的种类和用量对防污涂料各方面性能的影响。对遴选的优异配方涂料进行浅海挂板防污试验,探究其实海防污性能。结果实验成功合成出了PVP-Cu_2O微胶囊,与使用普通Cu_2O作为防污剂的涂料试样相比,使用PVP-Cu_2O微胶囊的涂料试样涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水率和缓释效果等性能均有了较大幅度的提升和改善。当PVP-Cu_2O用量增加至35 phr时,微胶囊对防污涂料性能改善效果有一定程度的减弱,综合考虑涂料试样的各方面性能,确定PVP-Cu_2O用量以15 phr为宜。浅海挂板防污试验证明:用量仅为15phr的微胶囊涂料达到了与商品防污涂料基本相当的防污效果。结论 PVP-Cu_2O微胶囊防污涂料可以在实现防污涂料的环保化、节能化和长效化方面起到十分积极的作用。     

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。