离子注入对TC4钛合金TiN/Ti涂层结合力和抗砂尘冲蚀性能的影响

目的通过离子注入提高TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能。方法先采用金属蒸气真空弧(MEVVA)离子源在TC4基体上分别注入四种离子(Mo、Ti、Nb、Co),再用磁过滤真空阴极弧(FCVA)技术制备TiN/Ti涂层。采用非球面测量仪、AFM、XRD和纳米压痕仪,对四种离子注入的TC4基体表面粗糙度、表面形貌、物相结构、纳米硬度和弹性模量进行表征,采用划痕仪测量涂层的结合力,采用涂层冲蚀考核平台对不同试样进行砂尘冲蚀性能试验。结果经过Mo、Ti、Nb离子注入的TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能都有提高,其中Mo离子注入的TiN/Ti涂层的结合力达71 N、耐冲蚀时间为80 min,与未离子注入涂层相比,分别增加31.5%和77.8%,而平均冲蚀率降低39.5%,仅为0.0078mg/g。Co离子注入的TiN/Ti涂层的结合力仅为40 N,平均冲蚀率增大了19.0%,达0.0433 mg/g,其抗砂尘冲蚀性能明显下降。结论离子注入涂层的抗砂尘冲蚀性能与结合力密切相关,随着结合力的增大,TiN/Ti涂层的平均冲蚀率减小,其耐冲蚀时间增加,选择合适的离子注入可提高TiN/Ti涂层的抗冲蚀性能。     

激光原位制备TiN/Al复合涂层及其抗冲蚀性能

表面处理是提高钛合金抗冲蚀性能的重要途径。采用激光氮化涂层过程中同步送Al粉的方法,在Ti6Al4V合金表面制备了一层均匀的TiN/Al复合涂层,涂层内没有微观裂纹和孔洞。研究结果表明:激光扫描速度对复合涂层的微观结构、硬度及抗冲蚀性能有着重要的影响。随着激光扫描速度的增加,复合涂层的厚度降低。在复合涂层最表面存在一层平均厚度大约为2~3μm的连续的氮化物陶瓷层,涂层内部存有大量的枝状晶组织。复合涂层的微观硬度和抗冲蚀性能明显高于Ti6Al4V合金基体。当激光扫描速度从240 mm/min升高到720 mm/min时,涂层表面的微观硬度从1 600 HV_(0.1)降低到1 200 HV_(0.1),而且涂层的冲蚀失重也逐渐降低。这主要是因为随着激光扫描速度的降低,由于反应时间的增加,导致涂层中TiN硬质相的含量也在增加。     

Ni/G含量对TiN-Ni/G复合涂层抗泥浆冲蚀性能的影响

等离子喷涂涂层中不可避免存在残余应力和微裂纹,为了减少TiN涂层的残余应力,在等离子喷涂TiN涂层中添加了Ni/G,在45#钢表面制备了TiN-Ni/G复合涂层。研究了Ni/G含量对涂层的微观组织、显微硬度以及抗冲蚀性能的影响,并分析了涂层在不同pH值泥浆中的冲蚀机理。结果表明：TiN-Ni/G复合涂层的平均显微硬度值在9800 MPa(1000 HV_0.2)左右,在质量分数5%NaCl泥浆冲蚀过程中涂层受到SiO₂颗粒的冲击以及溶液的腐蚀;pH=10的NaOH泥浆对涂层冲蚀表现为SiO₂冲击作用。涂层在含NaOH泥浆中的质量损失较中性溶液有明显减少,在2种冲蚀液中Ni/G质量分数为11%时涂层都表现出良好的抗冲蚀性能。     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

TC4表面TiN/Ti涂层的热腐蚀行为研究及第一性原理计算

目的 综合评估涂层性能、延长压气机叶片的使用寿命,进行TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层的热腐蚀行为机制研究。方法 进行了完整TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层300 ℃/120 h的热腐蚀实验,腐蚀介质为95%(质量分数)Na2SO4+5%(质量分数)NaCl。冲蚀实验采用形状不规则的SiO2颗粒,冲蚀角为45°,冲蚀速度为130 m/s,供砂速率为6.4 g/min。建立了完整TiN涂层、表面具有孔洞的TiN涂层及表面具有Ti液滴的TiN涂层3种第一性原理腐蚀计算模型。结果 TiN/Ti涂层热腐蚀后,液滴处发生氧化并且变得疏松;样品切割边缘产生腐蚀锈迹,最终出现鼓包和裂纹;冲蚀后,涂层表面的完整性受到破坏,相较于未冲蚀区域,冲蚀坑周围更容易出现腐蚀。在热腐蚀过程中,SO4²⁻中的O和完整TiN涂层中的Ti以及液滴中的Ti电子云团接触,存在电荷转移及成键倾向,具体为Ti失电子、O得电子,腐蚀主要发生在SO4²⁻中的O与Ti之间。结论 第一性原理计算结果与热腐蚀的实验结果相一致,第一性原理计算结果可以从微观上反映液滴和孔洞等缺陷对涂层热腐蚀行为的影响,能够为分析涂层的热腐蚀机制提供理论依据。     

不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤特征与机理

目的 通过研究分析不同热处理TiN/Ti多层涂层在冲蚀作用下的损伤特征,揭示不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤的机理。方法 采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在TC4钛合金表面制备TiN/Ti多层涂层,利用热处理炉对试样进行不同的热处理(300℃/40 min,空冷;400℃/40 min,空冷;300℃/40 min,空冷+300℃/40 min,空冷),采用划痕仪、显微硬度计、扫描电镜、能谱仪等设备对热处理试样涂层的结合力、显微硬度、涂层损伤形貌特征、元素分布等进行表征,并在冲蚀试验平台上通过砂尘冲蚀性能试验(速度130m/s,角度45°)进行验证。结果 TiN/Ti多层涂层在低温(≤400℃)下经短时间热处理后,涂层的物相未发生变化,仍以TiN(111)、TiN(200)、TiN(220)和TiN(311)为主,涂层结构完整,最外层的TiN涂层没有发生氧化现象,涂层结合力基本未发生改变,显微硬度略有下降,由2 764.1HV分别降至2748.9HV、2 493.2HV、2 255.2HV。TiN/Ti多层涂层的抗冲蚀性能变化不大,冲蚀速率由0.117 mg/min分别变为0.100...     

热腐蚀和盐雾腐蚀影响氮化物涂层冲蚀行为的机制

金属氮化物涂层是目前重点关注的航空发动机压气机抗冲蚀涂层体系。为了兼顾热物理化学环境和应力环境的影响,进行涂层的腐蚀-冲蚀耦合行为研究十分重要。本研究对比了TiN/Ti涂层与TiN/ZrN涂层的原始状态、热腐蚀后和盐雾腐蚀后的冲蚀行为。结果表明,对于TiN/Ti涂层,在涂层的缺陷处盐雾腐蚀时形成点蚀坑,这是发生冲蚀的薄弱环节,盐雾腐蚀后TiN/Ti涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和热腐蚀后的涂层。对于TiN/ZrN涂层,热腐蚀过程中液滴表面形成疏松的腐蚀产物和氧化物,使其在冲蚀时更容易脱落,热腐蚀过程中产生的层间热应力削弱了涂层的结合力。热腐蚀涂层冲蚀后呈现严重的螺旋状剥落,热腐蚀后TiN/ZrN涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和盐雾腐蚀后涂层。     

TC4钛合金表面TiAlN/Ti涂层的抗冲蚀性能研究

目的 通过明晰TC4钛合金表面不同结构的TiAlN/Ti涂层的冲蚀机制,为提高TC4钛合金的抗冲蚀性能、制备具有良好冲蚀性能的涂层奠定基础.方法 采用磁过滤真空阴极弧(FCVA)与金属蒸汽真空弧(MEVVA)技术,按照一定方式在TC4钛合金表面制备相同厚度不同层数的TiAlN/Ti涂层,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜、纳米压痕仪,对TiAlN/Ti涂层的微观结构和力学性能进行表征和分析.采用冲蚀试验平台,通过参数的调整来模拟沙尘环境,开展TC4钛合金和TiAlN/Ti涂层的冲蚀试验,计算获得冲蚀率.采用Proto-LXRD应力仪测试分析冲蚀前后TiAlN/Ti涂层的残余应力,利用SEM对涂层的冲蚀形貌进行表征和分析,并探讨涂层冲蚀损伤机理.结果 相比于TC4基体试样,层数为4、8、12层的TiAlN/Ti涂层试件冲蚀后的质量损失分别降低了86.9％、91.3％和94.0％,残余压应力分别增加了34、135、203 MPa.对比冲蚀区表面形貌,当涂层的层数为4层时,冲蚀区涂层脱落明显;当涂层层数为8层时,冲蚀区涂层局部有脱落;当涂层层数为12层时,冲蚀区涂层脱落不明显,对基体的防护较好.结论 MEVVA离子源注入技术显著提高了涂层的致密度和涂层与基体间的结合力.TiAlN/Ti涂层能显著改善试样的表面性能.相同涂层厚度下TiAlN/Ti涂层的层数越多,H3/E2值越大,抗冲蚀性能越优异.     

等离子喷涂纳米ZrO2复合陶瓷涂层冲蚀行为

以常规和纳米团聚体ZrO3-7wt%Y2O3复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层,并对其进行冲蚀实验,研究了涂层微观组织和性能对涂层抗冲蚀性能的影响,以及不同工艺参数下涂层冲蚀性能.用扫描电镜(SEM)和XRD分析了涂层组分和微观结构,同时利用显微硬度计对涂层的硬度进行了测试.结果表明,等离子喷涂纳米ZrO2涂层抗冲蚀性能明显高于常规ZrO2涂层.当冲蚀角为90°时冲蚀失重最大,表现为脆性冲蚀,随着速度的增大冲蚀失重也随之增加.等离子喷涂纳米ZrO2涂层由熔化区和部分熔化区组成,部分熔化区属微纳米结构,熔化区在沉积急冷和冲击应力的作用下会形成细晶,微纳米结构与细晶共同作用下的纳米陶瓷涂层的平均粒度将远远小于常规陶瓷涂层的平均粒度,使其硬度增加;微纳米区域在涂层中其局部晶界的强度特别高,裂纹难以沿着晶界扩展,起到了良好的增韧的作用,硬度和韧性的提高使涂层的抗冲蚀性能增强.     

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.     

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法 依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜（SEM）等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角（15°～90°）增加而减小,随颗粒冲击速度（107～149 m/s）增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小（在60°冲击角附近最大）,随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角（15°、30°）下以犁削机制为主,在中等冲击角（45°）下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角（60°、90°）下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击...     

材料冲蚀磨损的数值模拟研究现状及展望

总结了几种经典的冲蚀磨损理论模型,分析了各个模型的优缺点,认为至今仍没有一个公认的普遍适用的理论模型可用于预测材料的抗冲蚀性能。综述了国内外冲蚀磨损数值计算模型,发现以往的冲蚀数值模型很少涉及到温度对冲蚀的影响,对多粒子冲蚀的模拟与实际工况仍存在较大差距。介绍了冲蚀模拟中对冲蚀模拟的准确性具有至关重要作用的关键技术,包括材料本构模型、失效准则、数值计算算法,接触计算算法等,最后提出了冲蚀磨损今后的研究和发展方向。     

储气库管柱冲蚀理论及预测研究进展

储气库的管柱冲蚀规律较复杂,且冲蚀预测难度较大,开展循环注采工况下的储气库管柱冲蚀理论、冲蚀预测方法研究具有必要性及迫切性。目前,针对储气库强采强注工况下的管柱冲蚀报道极少。综述了塑性材料及气主导体系管柱冲蚀机理、冲蚀预测方法,对保障储气库管柱注采安全具有一定借鉴意义。以塑性材料冲蚀机理为出发点,详细介绍了适用于管柱塑性材料的微切削、变形切削、挤压-薄片、局部变形、二次冲蚀及靶面热熔等六大典型冲蚀理论,并汇总其优缺点。指出适用于储气库管柱的冲蚀准则（材料的临界冲蚀流量、临界冲蚀流速、表面延展性、质量损失、体积损失、强度衰减）及冲蚀表征指标（冲蚀比、临界塑性应变、冲蚀损失率、材料剩余最小安全系数）,针对这些指标介绍了目前国内外典型的旋转式、射流式、管流式、单颗粒冲蚀式实验系统,以及基于实验数据的冲蚀预测经验模型,如使用频率最高的E/CRC模型和Oka模型等。描述了基于CFD预测冲蚀的普遍流程及不足,分析了基于人工智能预测管柱冲蚀的可行性,这对保障储气库安全高效注采具有一定的理论指导及现实意义。     

自支撑金刚石膜冲蚀磨损研究

在研制的高压气动冲蚀磨损实验系统中对自支撑金刚石膜(抛光和未抛光)的冲蚀磨损进行了研究.比较了冲蚀磨料(SiO2,Al2O3,SiC和玻璃珠)、冲蚀角度、冲蚀速度,以及冲蚀时间对冲蚀磨损率的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了冲蚀磨损后金刚石膜表面形貌,对其进行了Raman光谱分析,并测定了抛光金刚石薄膜红外透过率的变化.结果表明,随冲蚀磨料硬度、冲蚀角度以及冲蚀速度的增加,自支撑金刚石膜的冲蚀磨损率增加.由于抛光和未抛光的金刚石薄膜表面形貌的差异,使得它们的冲蚀磨损率随冲蚀时间的变化过程不同.Raman光谱检测结果显示,由于冲蚀作用,金刚石膜表面部分碳的键合类型发生改变.冲蚀磨损使得抛光金刚石薄膜红外透过率降低,采用180目SiC磨料,在134 m/s的速度下冲蚀4 h,红外透过率降低约20%.     

烧结机头电除尘器壳体腐蚀原因分析

通过对烧结机头电除尘器壳体腐蚀状况的调查、腐蚀深度的测试以及通过在实际工况条件下的挂片试验和腐蚀产物电镜分析 ,得出了潮湿环境下电除尘器壳体腐蚀的原因是硫酸露点腐蚀 ,壳体腐蚀失效的主要形式是穿孔腐蚀。为在设计和使用维护措施方面如何提高电除尘器抗腐蚀能力 ,延长除尘器使用寿命提供了依据     

高速火焰喷涂三种Fe-Al复合涂层300℃冲蚀性能研究

用高速火焰喷涂方法制备出Fe-15Al/45Cr3C2、Fe-15Al/15Cr3C2、Fe-15Al/15WC三种复合涂层,对三种涂层在温度300℃、冲蚀角分别为30°和90°下的抗冲蚀性能进行了研究,并利用扫描电镜对冲蚀后涂层的表面形貌进行分析。结果表明,在300℃下Fe-15Al/45Cr3C2复合涂层抗冲蚀性能最好,Fe-15Al/15Cr3C2复合涂层优于Fe-15Al/15WC复合涂层;三种涂层都表现出脆性冲蚀特征,但Fe-15Al/45Cr3C2复合涂层表现出一定的塑性冲蚀特征,本文称之为“准塑性冲蚀”,大量Cr3C2增强相的加入是其主要原因;冲蚀角对涂层抗冲蚀性能有较大影响。     

高速火焰喷涂三种Fe-Al复合涂层 300℃冲蚀性能研究

用高速火焰喷涂方法制备出Fe-15Al/45Cr3C2、Fe-15Al/15Cr3C2、Fe-15Al/15WC三种复合涂层,对三种涂层在温度300℃、冲蚀角分别为30°和90°下的抗冲蚀性能进行了研究,并利用扫描电镜对冲蚀后涂层的表面形貌进行分析.结果表明,在300℃下Fe-15Al/45Cr3C2复合涂层抗冲蚀性能最好,Fe-15Al/15Cr3C2复合涂层优于Fe-15Al/15WC复合涂层;三种涂层都表现出脆性冲蚀特征,但Fe-15Al/45Cr3C2复合涂层表现出一定的塑性冲蚀特征,本文称之为"准塑性冲蚀",大量Cr3C2增强相的加入是其主要原因;冲蚀角对涂层抗冲蚀性能有较大影响.     

螺纹电极的制作方法

介绍了用电火花成形方法加工螺纹时的电极制作方法，尤其是换电极加工螺纹时电极的制作方法。     

Modification of aluminide coating with yttrium for improved resistance to corrosive erosion

Aluminide coatings on a mild steel substrate were modified by using an oxygen-active element, yttrium, for improved resistance to corrosive erosion. The performance of the yttrium-containing coating during the following three erosion conditions was evaluated: dry sand erosion at different temperatures, erosion in a dilute NaCl slurry containing 30% silica sand, and erosion in a dilute H₂SO₄ slurry containing 30% silica sand. Results of the study demonstrated that yttrium significantly improved the resistance of the aluminide coating to both corrosive erosion and dry sand erosion.     

铁基块体非晶合金的空泡腐蚀研究

通过对超声空化作用过程中试样表面物相组成变化和试样失重的实验研究,分析了Fe74Al4Ga2P12B4Si4铁基块体非晶合金的空蚀过程。分别采用处于晶态和非晶态的铁基块体合金,在自来水中进行超声空化实验,确定了材料特性对空蚀过程的影响。结合已有的空泡形成和溃灭理论,初步提出了铁基块体非晶合金的耐空蚀机理。