复合制备Ni基合金涂层的组织结构及性能演变特征

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢基体上制备Ni60合金涂层,对预制的涂层分别进行高频感应重熔和感应重熔+强制冷却处理。借助OM、SEM、XRD、显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机对3种涂层的组织结构、显微硬度分布及摩擦磨损性能进行分析,研究Ni60合金涂层组织结构及其性能的演变特征。结果表明:3种涂层组织结构差异较大,单纯感应重熔涂层使喷涂涂层组织结构细密化,感应重熔+强制冷却的涂层形成了外延型生长的定向晶结构。喷涂涂层硬度自内向外呈明显下降趋势,而后续处理的2种涂层均表现为自内向外略为增加趋势,导致喷涂涂层尽管有较高的平均硬度,但表层硬度低于其他2种涂层。3种涂层均有很好的耐磨性能,但后续处理使涂层的摩擦系数明显增大,耐磨性能显著增强,尤其附加强制冷却的涂层表现出更加优异的耐磨性能,其平均磨损率分别低于喷涂涂层约8.5倍和单纯感应重熔涂层约2倍。     

Cu含量对Ni基定向合金涂层组织与摩擦学性能的影响

采用火焰喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Cu添加的Ni60/Cu定向结构复合涂层。系统研究了Cu含量对Ni60/Cu定向结构涂层微观组织、物相演变、微观硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：在定向结构涂层形成过程中,Cu元素持续向晶粒内部扩散,导致涂层随着Cu含量增加,涂层硬度持续降低。Cu含量对涂层显微组织产生重要影响,当Cu含量为15%时,涂层定向结构组织呈垂直于界面生长特征,微观结构细密规整。当Cu含量为15%时,涂层以磨粒磨损为主,显示出最低的摩擦系数和最小的磨损率,充分发挥了Cu元素的减摩效果,但过量的Cu元素添加反而使涂层耐磨性能变差。     

强制冷却对感应重熔Ni60合金涂层组织结构的影响

采用超音速等离子喷涂技术在45号钢基体上预制Ni60合金涂层,利用定向冷却装置在不同流量冷却水条件下,对感应重熔后的涂层进行强制冷却。通过OM、SEM(EDS)、XRD等手段研究了不同流量冷却水对感应重熔涂层组织结构的影响。结果表明:随着冷却水流量的不断增大,感应重熔涂层的组织结构发生了极大改变,涂层与基体之间形成了一条明显的冶金结合带;当流量为80 L/h时,涂层中形成的"十字架"形结构的定向凝固组织结构致密细小,对称性最好,且具有较好的取向一致性;晶粒沿[001]方向的偏离角θ较小,仅在0°~8°之间,而具有高度((200)晶面)择优取向趋势。     

重熔温度对GCr15轴承钢表面感应重熔镍基涂层微观组织性能的影响

目的 获得优化后的感应重熔工艺参数,改善GCr15轴承钢表面感应重熔镍基涂层的微观组织性能.方法 采用高能火焰喷涂法在GCr15轴承钢基体上预制备Ni60A涂层,并且分别在960、1012、1052℃重熔温度下对预制备的涂层进行感应重熔,获得3种感应重熔镍基涂层,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计对其孔隙率、微观组织、显微硬度等进行了对比研究,探讨了重熔温度对感应重熔涂层微观组织性能的影响,并揭示了涂层的形成机制及增强机理.结果 与960、1052℃重熔温度制备的感应重熔涂层相比,1012℃时制备的重熔涂层更加致密,孔隙率仅为0.27％,缺陷数量明显减少,缺陷尺寸明显减小,硬质相数量显著增多,且Ni元素与Fe元素在界面混合交叉密布,形成了强冶金结合的融合区,有利于提高涂层与基体的界面结合强度.此外,该涂层的表面及界面融合区的平均显微硬度均高于其他两种涂层,且硬度极差较小.结论 合理地控制重熔温度,能够有效改善感应重熔镍基涂层的微观组织性能,以及涂层与基体的界面结合特性,并提高涂层的显微硬度.     

石墨粉添加对WC增强Ni基复合涂层组织结构及性能的影响

目的 改善WC/Ni60A涂层的耐蚀耐磨性能,通过激光熔覆技术制备不同石墨添加量的C/WC/Ni60A复合涂层。方法 首先制备多含量的WC（质量分数分别为15%、25%、35%）增强Ni基涂层,利用SEM、EDS及XRD等表征手段,分析涂层的微观组织形貌、元素分布及物相组成。利用多功能摩擦磨损试验机、形貌显微镜及电化学工作站等,测试涂层的耐蚀耐磨性能,并选出WC的最佳添加量。其次,向最佳性能的WC/Ni60A中添加经过超声预处理的石墨粉（质量分数分别为0.25%、0.5%、0.75%、1.0%）,并进一步通过混粉湿磨获得类石墨烯结构,分析测试相应涂层的微观结构及耐蚀耐磨性能。结果 采用激光熔覆制备的复合涂层组织结构致密,且与基体发生了冶金结合。当WC的添加量为25%时,WC/Ni60A复合涂层的耐蚀耐磨性能最好。石墨的添加细化了显微组织,进一步提高了涂层的显微硬度,并显著改善了涂层的耐蚀耐磨性能。当石墨的添加量为1.0%时,复合涂层的摩擦系数稳定在0.25,磨损率约为0.003 2 cm3/(N·m)。结论 石墨粉体的加入可有效提高WC/Ni60A涂层的耐磨耐蚀性能,有望成为极端海洋环...     

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

感应重熔-热处理对镍基碳化钨涂层的影响

为了进一步挖掘镍基碳化钨涂层的潜能,在40Cr基材上利用火焰喷涂制备Ni60+35%WC复合涂层并对涂层进行感应重熔及热处理,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析测定了涂层的显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,感应重熔使涂层与基材形成良好的冶金结合,涂层致密,硬度、耐磨性显著优于基材。经淬火及回火后,涂层硬度有所提高。850℃淬火,400℃回火的涂层硬度最高,达到866HV0.1,耐磨性也最好,磨损量仅为基材的43%。     

液氮强制冷却对Ti6Al4V激光熔覆WC/Ni60A涂层微观组织和性能的影响

摘 要: 为改善Ti6Al4V钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用液氮强制冷却辅助激光熔覆制备35％WC / Ni60A(质量分数)复合涂层,研究液氮强制冷却对熔覆层微观组织和力学性能的影响。基于X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析液氮强制冷却熔覆层的显微组织和物相组成;在室温条件下施加200N载荷以Si3Ni4陶瓷球为对偶件测试基体、空冷和液氮强制冷却熔覆层的滑动磨损性能,分析其磨损机理。结果表明：空冷和液氮强制冷却熔覆层都由α（Ti）,WC,W2C,TiC,TiNi,Ti2Ni,TiNi3,NiB相构成。但与空冷熔覆层相比,液氮强制冷却熔覆层组织均匀致密,晶粒尺寸和析出强化相更加细小,并在结合界面处形成取向一致性更强,更加均匀细密的定向凝固组织,呈现出与基体良好的冶金结合。液氮强制冷却熔覆层的平均显微硬度达到1363 HV0.2,硬度较基体和空冷熔覆层分别提高4倍和1.61倍。此外,液氮强制冷却熔覆层耐磨性分别为基体和空冷熔覆层的5.39倍和1.77倍。液氮强制冷却能有效提高激光熔覆层的显微硬度和耐磨性能。     

冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3 高熵合金涂层组织与性能研究

目的 为了提升普通金属材料的表面耐腐蚀和耐磨性能,提出了一种在普通金属材料表面制备性能良好的CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的技术工艺。方法 利用冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层,再经过感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层。通过采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、磨料磨损试验机等,对涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性进行分析。结果 原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层组织致密,元素均匀分布,合金涂层由简单的BCC相构成,涂层的微观组织呈现出典型的枝晶结构。内枝晶区主要富含Co、Cr、Fe和Ni,枝晶间区则富含Cu和Al。CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的显微硬度是45#钢基体的3倍,在干摩擦条件下,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层在摩擦过程中以磨粒磨损为主,涂层在干滑动条件下的磨损率比45#钢基体的磨损率低59%,摩擦因数为0.38,约为45#钢基体的56%,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的磨损率为2.95×10?5 mm3/(N·m)。结论 使用冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层具有很高的硬度和良好的耐磨性能。     

激光重熔Ni60/50%WC复合涂层的制备及性能

为消除Ni60/50%WC复合涂层的裂纹及孔洞等缺陷,采用CO₂激光器在45钢表面进行激光熔覆+重熔处理,利用商用着色探伤剂显示涂层裂纹,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM/EDS)分析涂层的微观组织结构,采用显微硬度计及摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度和耐磨性能。结果表明,激光重熔能达到二次排渣排气、愈合裂纹,改善表面粗糙度的目的;使用3.0 kW 的激光功率,350 mm/min的扫描速度,50%搭接率,5 g/min送粉量激光熔覆,辅以1.5 kW重熔功率,300 mm/min扫描速度,50%搭接率的重熔可以获得无裂纹的涂层;激光重熔能改善涂层组织的不均匀性,提高熔覆层的结晶度和致密性;重熔前后涂层的平均显微硬度分别为740.07和700.02 HV0.2,平均摩擦因数分别为0.475和0.462,磨损率分别为4.223×10^-15和4.874×10^-15 m³/(N·m)。     

感应重熔和激光重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层组织与性能

采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测,研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成,涂层组织致密,元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织,枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成,枝晶间主要为Cu,Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍,是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主,采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能,其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

表层绝热对定向凝固Ni60合金涂层凝固行为的影响

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上制备Ni60合金涂层,在高频感应重熔+强制冷却处理条件下,研究了表面散热条件对涂层的组织结构、元素分布和性能的影响。结果表明:在自然散热条件,涂层形成了定向树枝晶结构组织,通过表面覆盖层的保护,改变表面散热条件,使涂层组织向具有熔结特征的等轴晶转变,并且形成了两个明显不同组织的区域,在靠近基体区域,组织细小致密,但组织和元素分布不均匀;而靠近涂层表面区域,组织具有长大现象,但元素和组织均匀性明显提高。相对于未加覆盖层涂层,附加覆盖层的涂层元素和基体元素在界面处具有更充分的扩散,基体元素向涂层中的扩散较涂层元素向基体扩散更加强烈。覆盖层的附加明显提高了涂层硬度,使涂层表面的宏观硬度由33.4 HRC提高到54.4 HRC,涂层截面的显微硬度由566.1 HV0.2提高到659.2 HV0.2。     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

稀土氧化物和激光熔敷对复合合金喷涂层耐磨性的影响

研究了稀土氧化物ＣｅＯ２和激光熔敷对不同成分ＮｉＣｒＢＳｉ－ＷＣ复合合金喷涂层的组织和摩擦损性能的影响，运用ＸＲＤ和ＥＤＳ技术，分析了激光熔敷复合合金覆层的成分分布特征和相组成，结果表明，稀土氧化物不但可以改善激光熔敷层的组织形态，而且可以显著提高了摩擦磨损状态下的耐磨性，并有一定的减摩效果。     

纳米TiN粒子在Ni-TiN复合镀层中的作用研究

通过对超声-电沉积Ni-TiN复合镀层的研究,探讨了纳米TiN粒子对Ni-TiN复合镀层的表面形貌、成分、硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能的影响.结果表明,含有纳米TiN粒子的Ni-TiN复合镀层,不仅具有细密的显微结构,而且表现出优良的性能,如较高的硬度以及良好的耐磨性能和耐腐蚀性能.Ni-TiN复合镀层的磨损量大约为纯镍镀层的1/5,其平均腐蚀速率为纯镍镀层的1/3左右,20钢的1/5.     

高速电弧喷涂 FeCrNi / Ni 包覆金刚石复合涂层的摩擦学特性研究

目的研究高速电弧喷涂FeCrNi/Ni包覆金刚石复合涂层的组织结构和摩擦学特性。方法采用高速电弧喷涂技术在45#钢基体上制备FeCrNi/Ni包覆金刚石复合涂层,并对其进行滑动摩擦磨损研究,利用SEM,EDS对涂层的形貌、组织成分进行分析,测定涂层的显微硬度、孔隙率等。结果 FeCrNi/Ni包覆金刚石复合涂层组织致密,孔隙率较低,呈现典型的层状结构。涂层的摩擦系数随着磨损时间的增加而先增大,再趋于平稳。结论由于涂层中加入了金刚石硬质相,涂层具有较高的显微硬度和优异的耐摩擦磨损性能。