提高轻合金材料表面耐磨损性能的多层结构涂层

欧洲专利EPl548153中公布了意大利研究人员开发的可用于提高Al、Ng或Ti等轻合金材料表面耐磨损能力的多层结构涂层的制备方法。该工艺包括：1）采用热喷涂技术在材料表面沉积一层20～600μm厚的金属陶瓷涂层；2）采用研磨或热处理方法对材料表面进行精加工；3）再在第一层涂层表面采用气相沉积方法沉积一层1～10μm厚的氮化物层或碳涂层。第一层涂层一般采用其中分散有碳化物、氧化物或氮化物硬颗粒的金属基复合材料；     

TiB2-40Ni金属陶瓷粉末与涂层组织结构的研究

采用机械合金化技术制备TiB2-40Ni金属陶瓷复合粉末,通过超音速火焰喷涂技术制备TiB2-40Ni金属陶瓷涂层,研究TiB2-40Ni粉末在不同球磨时间下的显微组织和物相,研究TiB2-40Ni涂层的组织结构、孔隙率和硬度。结果表明：随着球磨时间的延长,逐渐细化的陶瓷相TiB2包覆在Ni表面的含量增加;与粉末的主要物相相同,TiB2-40Ni涂层为TiB2和Ni相,涂层组织较致密,孔隙率低,平均硬度值为（643.5±56.8）HV0.3。     

冷喷涂制备陶瓷及陶瓷金属复合涂层的研究进展

传统喷涂陶瓷粉末由于过高的喷涂温度,容易导致颗粒发生氧化、脱碳、相变、晶粒粗化等现象。冷喷涂较低的喷涂温度,避免了传统喷涂陶瓷颗粒所产生的缺陷,并且残余应力为压应力增加了涂层的耐疲劳性,使冷喷涂在制备陶瓷涂层方面独具一格。但陶瓷颗粒塑性变形能力差,导致纯陶瓷涂层颗粒之间结合强度过低、孔隙率较大,严重影响涂层质量。而通过加入金属粉末利用其较好的塑性来提高复合涂层的性能是解决以上问题的有效路径。重点阐述冷喷涂在制备陶瓷涂层以及陶瓷金属复合涂层方面的研究进展,包括粉末的制备、喷涂工艺参数、涂层的微观组织、结合机理、力学性能、电学性能和化学性能。     

冷喷涂铝涂层及其耐磨性能研究

利用冷喷涂工艺在镁合金表面喷涂纯铝涂层,结合SEM分析粉末的微观形貌及涂层的显微组织,用图像分析软件Ipp6对涂层气孔率进行测定,用拉伸试验测定镁合金基体与涂层的结合强度,通过摩擦试验研究涂层的摩擦磨损性能并对其磨损机理进行分析。结果表明:涂层厚度均匀、组织较致密;平均粒径较小的粉末形成的涂层硬度较高,体积磨损量较低,耐磨性能较好。     

冷喷涂铁基非晶涂层的组织及摩擦性能研究

采用冷喷涂技术将Fe_87.4Cr_2.5Si_6.8B_2.4C_0.9非晶合金粉末喷涂到6061铝合金基体表面,设计单道次快速扫描喷涂试验,观察非晶合金颗粒的沉积特性,通过调控工艺参数制备非晶合金涂层,用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计及摩擦磨损试验机研究涂层显微组织和力学性能。结果表明:随温度升高,颗粒与基体结合率及变形程度都随之提升;冷喷涂非晶合金涂层致密,平均厚度达538μm,孔隙率仅为0.8%;对6061铝合金基体与非晶合金涂层进行磨损性能测试,其体积损失分别为3.13×10^-4、0.71×10^-4cm³,涂层体积损失约为基体的20%。表明冷喷涂非晶合金涂层可改善铝合金基体表面的耐磨性。     

TiB2-40Ni金属陶瓷粉末与涂层组织结构的研究

采用机械合金化技术制备TiB2-40Ni金属陶瓷复合粉末,通过超音速火焰喷涂技术制备TiB2-40Ni金属陶瓷涂层,研究TiB2-40Ni粉末在不同球磨时间下的显微组织和物相,研究TiB2-40Ni涂层的组织结构、孔隙率和硬度。结果表明:随着球磨时间的延长,逐渐细化的陶瓷相TiB2包覆在Ni表面的含量增加;与粉末的主要物相相同,TiB2-40Ni涂层为TiB2和Ni相,涂层组织较致密,孔隙率低,平均硬度值为(643.5±56.8)HV0.3。     

镁合金表面喷涂316L涂层性能研究

用大气等离子喷涂(APS),超音速火焰喷涂(HVOF)和冷喷涂(CS)在镁合金表面制备316L涂层。用SEM及X射线衍射仪分析原始粉末及涂层的形貌和显微组织,用摩擦磨损试验机和电化学试验机考察涂层的摩擦磨损及耐蚀性。结果表明:3种工艺制备的涂层耐磨性和耐蚀性均优于镁合金基体,CS涂层具有最高的硬度及最优异的耐蚀性,但磨损率略高于APS涂层,CS涂层的整体性能更好,对镁合金等轻质合金表面强化的潜力更大。     

HVOF和APS制备WC-Co/NiCrBSi复合涂层高温摩擦学特性研究

运用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子喷涂(APS)技术在7005 铝合金表面制备了WC-Co/ NiCrBSi 复合涂层,分析了2 种技术所制备复合涂层的微观结构,研究了其在高温条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明:采用HVOF 技术制备的复合涂层孔隙率仅为APS 制备复合涂层的28. 9%;其显微硬度(838. 4HV0. 5)以及与基体间元素扩散层厚度( Al:13. 17 μm, Ni:12. 55 μm) 均高于APS 制备的复合涂层。不同温度条件下,HVOF 制备复合涂层的摩擦系数和磨损失重均低于APS 制备复合涂层。室温25 ℃时,HVOF 制备复合涂层以微观切削磨损和轻微的疲劳磨损为主,而APS 制备的复合涂层则主要为疲劳断裂磨损;高温400 ℃条件下,前者的磨损机理变为多次塑变磨损和氧化磨损,而后者则为严重的粘着磨损和氧化磨损。     

杯形砂轮断续磨削WC-Co涂层温度研究

对杯形砂轮断续磨削碳化钨涂层的温度进行了相关研究。针对杯形砂轮断续平面磨削实际工况,计算出移动热源有效宽度;通过简化磨块形状合理采用传统热源模型;并对三角形和矩形热源模型进行理论分析和对比。把实测的磨粒端面温度和一维导热模型结合起来研究传热比,通过计算不同工艺参数下的传热比R_w值,使得磨削温度理论值更接近实际测量值,最后通过实验验证其可行性,并分析了磨削各参数对工件表面涂层温度的影响,其磨削温度随磨削深度,砂轮线速度,工件进给速度的增加呈现增长的趋势,进而对实际的磨削加工起到有效的指导作用。     

低温超音速火焰喷涂铜涂层性能研究

在多功能超音速火焰喷涂的基础上,通过液料送粉器和氮气对喷涂焰流进行降温,实现低温超音速火焰喷涂制备了铜涂层,并进行了涂层X射线衍射、SEM形貌分析、能谱分析、结构分析和涂层导电性能研究。结果表明,涂层没有相变,结构稳定、致密性好、导电性能优良,体积电阻率达到7.6875×10-10Ω·m。     

基于正交试验法的超音速等离子喷涂钼涂层组织及性能研究

为了探索电磁轨道炮轨道材料45CrNiMoVA钢表面耐磨强化的可能,运用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了钼涂层,结合正交试验法对喷涂参数进行了优化,研究了喷涂参数对涂层性能的影响规律、综合性能最佳时涂层的组织和性能。结果表明：喷涂电压115 V、喷涂电流380 A、氩气流量130 L/min、喷涂距离100 mm时涂层具有最佳综合性能,其导电率为6.01% IACS,表观孔隙率低至0.12%,显微硬度及内聚强度分别高达482.3HV_0.1和52.1 MPa;涂层在轻载荷低频率（5 N、5 Hz）下的磨损率略低于基体,但在重载荷高频率（20 N、20 Hz）下的磨损率仅为基体50%左右,表现出良好的耐磨性能,其磨损机理均为粘着磨损和氧化磨损。     

激光熔覆TiB2颗粒增强镍基合金复合涂层的微观组织与摩擦学性能研究

为了提高铝合金摩擦构件的耐磨性能,运用激光熔覆技术在铝合金表面制备了TiB₂颗粒增强镍基合金（TiB₂/镍基合金）复合涂层,分析了其微观组织结构,研究了其在干摩擦和海水介质中的摩擦磨损行为与机制。结果表明：复合涂层中均匀分布有TiB₂增强相,并含有TiB、TiC、CrB和Cr₂₃C₆等反应生成硬质相,显微硬度达到855.8HV_0.5,是铝合金母材的6.7倍;不同环境介质中,复合涂层的摩擦系数和磨损失重均较镍基合金涂层和铝合金母材显著降低;干摩擦条件下,复合涂层的磨损机理以微观切削磨损为主,并伴有一定的硬质颗粒剥落;海水环境中,复合涂层的磨损机理转变为微观切削磨损和点蚀腐蚀磨损。     

等离子喷涂铁基涂层疲劳磨损裂纹捕捉技术研究

采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用声发射技术对涂层的疲劳磨损实验进行在线监测,捕捉裂纹动态信息,总结典型的声发射信号反馈类型,通过渗透探伤的方式对涂层表面微损伤区域进行表征,并采用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）技术对涂层的微损伤区域进行亚表层分析探索失效机理。结果表明：涂层疲劳磨损过程中声发射信号反馈分为3个阶段,即磨合期、稳定期和突变期;结合渗透探伤技术可以有效锁定涂层表面微损伤区域,验证声发射信号反馈的准确性,可见通过声发射在线监测技术可以准确地捕捉涂层内部的开裂;FIB-SEM分析表明涂层疲劳磨损失效的起源是近表层微缺陷。采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用声发射技术对涂层的疲劳磨损实验进行在线监测,捕捉裂纹动态信息,总结典型的声发射信号反馈类型,通过渗透探伤的方式对涂层表面微损伤区域进行表征,并采用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）技术对涂层的微损伤区域进行亚表层分析探索失效机理。结果表明：涂层疲劳磨损过程中声发射信号反馈分为3个阶段,即磨合期、稳定期和突变期;结合渗透探伤技术可以有效锁定涂层表面微损伤区域,验证声发射信号反馈的准确性,可见通过声发射在线监测技术可以准确地捕捉涂层内部的开裂;FIB-SEM分析表明涂层疲劳磨损失效的起源是近表层微缺陷。     

不同环境温度下CaF2/TiC/镍基合金复合涂层摩擦磨损性能研究

为提高镍基合金涂层在苛刻摩擦条件特别是高温无润滑时的摩擦磨损性能,在45^#钢表面制备了CaF₂和TiC颗粒协同改性镍基合金复合涂层,分析其微观结构,研究其在不同温度下的摩擦磨损行为与机理。结果表明：CaF₂/TiC/镍基合金复合涂层的微观组织呈层状分布,主要由γ-Ni、CrB、Cr₇C₃、TiC和CaF₂物相组成。CaF₂/TiC/镍基合金复合涂层在不同环境温度下具有优异的减摩耐磨性能。从室温到500 ℃,复合涂层的摩擦系数由0.42逐渐减小至0.29,较镍基合金涂层降低16.2%～33.9%。随着环境温度的升高,复合涂层的磨损失重逐渐减小,且大幅度低于镍基合金涂层。温度为500 ℃时,复合涂层磨损表面形成了转移膜,转移膜中含有CaF₂,起到高温减摩作用,使其摩擦系数降低。复合涂层的磨损机理主要为转移膜的疲劳剥落。随着温度的升高,转移膜的覆盖面积逐渐增大,对复合涂层起到保护作用,使其磨损失重随温度增加而减小。     

激光辅助冷喷涂Cu颗粒撞击45钢的数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS Multiphysics /LS-DYNA模块,选取Johnson-Cook材料模型与双线性各向同性硬化材料模型,建立了激光辅助冷喷涂三维模型,并通过这两种材料模型模拟了不同入射速度和沉积点温度条件下,Cu颗粒撞击45钢基体的沉积过程,分析了速度、沉积点温度对沉积颗粒变形行为的影响。结果表明：常温下颗粒撞击速度为800 m/s和基体预热温度850 ℃、 颗粒速度为500 m/s时,Cu颗粒都能有效沉积到45钢基体上;两种模型都能用于预测激光辅助冷喷涂工艺参数。     

压气轮机叶轮耐磨腐蚀涂层研究

用多弧离子镀技术，在坦克压气机叶轮材料LY12铝合金基体上沉积TiN涂层和TiAIN涂层。用金相显微镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和物相进行了分析。X射线衍射表明TiAIN涂层中的主要相TiN是以(111)晶面生长，而TiN涂层的晶体主要以(220)晶面生长，以密排面(111)为主的TiAIN涂层要比非密排面(220)为主的TiN涂层更致密。经过浸泡腐蚀实验证明，表面沉积有TiAIN涂层的试件抗腐蚀性能明显优于原LY12铝合金和沉积TiN涂层的试件。     

钛合金表面耐冲蚀Zr(AlCu)N涂层的结构与性能

为了提高钛合金TC6的耐冲蚀性能,采用磁控溅射技术在钛合金上沉积不同Zr(A1Cu)N涂层,考察了涂层的硬度、韧性和耐冲蚀性能,采用场发射扫描电镜(FESEM),X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析其微观结构.结果发现:向ZrN涂层中加入20at％Cu后(Zr0.8Cu0.2N),显著提高了涂层的韧性,...     

镁合金温变形后的组织与性能

研究了镁合金(Mg-3Al-lZn)铸棒在不同变形温度和变形程度下的组织演变过程和再结晶行为,并对不同变形条件下试样进行拉伸试验。结果表明:通过挤压变形及动态再结晶,可以显著的细化镁合金的晶粒,其晶粒尺寸可由铸态的约100μm减少到5μm;随变形温度的升高,合金的抗拉强度下降,到一定温度后,趋于稳定;在相同的变形程度下,随着变形温度的升高,晶粒有长大的趋势。