Si3N4对碳/碳复合材料表面SiC涂层耐磨性的影响

为了提高碳/碳复合材料表面SiC涂层的耐磨性,采用包埋法和氮化处理制备SiC/Si₃N₄涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）及摩擦磨损试验,分别评价SiC涂层与SiC/Si₃N₄涂层的表面形貌、物相组成、磨损形貌及摩擦磨损性能,并研究涂层显微组织结构与磨损机理之间的联系。结果表明：SiC/Si₃N₄涂层由Si₃N₄相、SiC相和C相组成,涂层平整且致密;SiC/Si₃N₄涂层的摩擦系数低于0.05且更稳定;SiC涂层高摩擦系数值的主要磨损机制是黏着磨损和磨料磨损;SiC/Si₃N₄涂层中形成了一层较薄的润滑膜,并在摩擦磨损的后续阶段降低摩擦系数。Si₃N₄相的引入可以有效改善SiC涂层的表面结构,使得SiC涂层摩擦系数更小且更稳定,从而提高...     

Y2O3对钛基激光熔覆层组织及性能的影响

针对Ti811钛合金硬度低、耐磨性差的问题,以TC4粉、Ni45A粉和Y₂O₃粉为原料,采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti811钛合金表面进行了激光熔覆制备耐磨复合涂层的实验,分析了熔覆层的组织和相组成,测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损等力学性能。研究表明:复合涂层组织由枝晶TiC、依附生长于枝晶TiC表面的纳米颗粒TiC、生长于基体表面的等轴球形（近球形）TiC、金属间化合物Ti₂Ni、增强相TiB、TiB₂及基体α-Ti组成,所有生成相呈均匀弥散分布状态;涂层中等轴球形（近球形）TiC和Y₂O₃构成了复合相结构,经二维点阵错配度计算表明,Y₂O₃的（111）晶面与TiC的（110）晶面的二维点阵错配度δ=6.54%,因此Y₂O₃可作为TiC的有效异质形核核心细化晶粒;涂层的显微硬度处于HV_0.5 655~700之间,较Ti811基材提高了约1.6~1.8倍;涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,摩擦磨损性能较基材显著提升。      

基底材料对NiCrBSiC合金激光熔覆层组织和磨损性能的影响

采用横流CO2激光在45钢和TC4钛合金表面熔覆NiCrBSiC合金涂层,利用XRD,SEM和TEM分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层的硬度和摩擦磨损性能.结果表明,NiCrBSiC合金激光熔覆层的组织和性能与基底材料的种类密切相关.45钢表面激光熔覆层由γ-Ni,Ni3B,Cr7C3和CrB相组成,硬度在HV800～900之间;TC4合金表面激光熔覆层由γ-Ni,Ni3B,TiC和TiB2相组成,硬度在HV900～1100之间.TC4合金表面NiCrBSiC激光熔覆层的摩擦系数和质量磨损率分别低于45钢表面NiCrBSiC激光熔覆层的摩擦系数和质量磨损率.     

浆料固相含量对数字光处理成形Si3N4陶瓷性能的影响

随着科技的不断发展, Si₃N₄陶瓷在航空、机械、生物医疗等高新领域发挥着越来越重要的作用。本工作采用包覆助烧剂Al₂O₃-Y₂O₃后的Si₃N₄粉体为原材料, 利用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术成功制备出Si₃N₄陶瓷, 并系统研究了浆料固相含量对Si₃N₄陶瓷浆料、DLP成形Si₃N₄陶瓷素坯和陶瓷性能的影响。研究表明, 浆料固相含量低于40.0% (体积分数)时, 浆料在30 s^-1剪切速率下的粘度均小于2 Pa·s, 可用于DLP成形。在这种情况下, 浆料的单层固化深度随浆料固相含量的增加而减小。随着浆料固相含量的增大, DLP成形Si₃N₄陶瓷的相对密度和抗弯强度先升高后降低。固相含量为37.5% (体积分数)的样品获得最大的相对密度和抗弯强度, 分别为89.8%和162.5 MPa, 较固相含量为32.5% (体积分数)的样品分别提升了10%和16%。本研究通过对陶瓷浆料性能的优化, 提升了DLP成形Si₃N₄陶瓷的性能, 为Si₃N₄等非氧化物陶瓷光固化成形奠定了实验基础。     

球磨介质对氮化硅粉体的微观形貌和表面氧化硅层的影响

氮化硅(Si₃N₄)粉体极易氧化，表面氧化硅层氧含量过高会对Si₃N₄陶瓷的力学性能和导热性能产生不利影响。在球磨法细化Si₃N₄粉体过程中，分别选取去离子水、无水乙醇和质量分数为20%的氢氧化钠(NaOH)溶液作为3种球磨介质，研究不同球磨介质对细化后的Si₃N₄纳米粉体的颗粒粒径和表面氧化硅层氧含量的影响；采用X射线衍射分析仪、激光粒径仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、氧氮分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析Si₃N₄纳米粉体的物相组成、粒径分布、微观形貌、表面氧化硅层的氧含量、化学基团和化学键种类及浓度；探讨碱液法球磨制备表面氧化硅层的氧含量较低的Si₃N₄粉体的机制。结果表明：以NaOH溶液为球磨介质时，Si₃N₄粉体先与水反应生成非晶氧化硅层，...     

Ti811合金表面激光熔覆Ti2Ni+TiC+Al2O3+CrxSy复合涂层的组织和性能

以TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃混合粉末为熔覆材料,采用同轴送粉技术在Ti811合金表面进行激光熔覆制备复合涂层,使用SEM、EDS和XRD等手段分析了涂层的微观组织,测试了涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,在激光熔覆过程中Ti811合金中的Ni和C分别与Ti发生反应,原位生成金属间化合物Ti₂Ni和硬质增强相TiC;MoS₂分解后S与Cr发生硫化反应生成了软质润滑相Cr_xS_y。网状形态的Ti₂Ni、近球状和枝晶形态的TiC以及点状的Al₂O₃,均匀分布在熔覆层中。硬质相强化和软质相润滑的共同作用,使激光熔覆层具有较高的显微硬度和较优良的耐磨性能。激光功率为900 W的熔覆层其平均显微硬度值达1303.5HV_0.5,其耐磨性能最佳。     

氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si₃N₄)陶瓷制备了BNNT/Si₃N₄复合材料, 利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si₃N₄复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si₃N₄陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式, 构建了BNNT对Si₃N₄陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明: BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si₃N₄陶瓷, 说明BNNT对Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展有阻力作用, 摩擦拔出是Si₃N₄陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因; BNNT对Si₃N₄陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布, 发现BNNT使Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上, 而且BNNT降低了Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的应力, 对Si₃N₄陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用, 从而提高了Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力。     

TC4钛合金表面激光熔覆NiCrCoAlY-Cr3C2复合涂层的摩擦和高温抗氧化性能

为了提高TC4 钛合金表面摩擦磨损和高温抗氧化性能,以 NiCrCoAlY+20%(质量分数)Cr3 C2 混合粉末作为熔覆粉末,采用激光熔覆技术在TC4 钛合金表面制备NiCrCoAlY-Cr3 C2 复合涂层,利用OM,SEM,XRD,EDS等分析涂层的显微组织和物相组成;采用 HXD-1 000TB 显微硬度计测量涂层显微硬度;采用 MMG-500 三体磨损试验机与 WS-G1 50 智能马弗炉对涂层和基体进行摩擦磨损及高温抗氧化实验.结果表明:利用激光熔覆技术在 TC4 钛合金表面可以制备形貌良好、无裂纹和气孔等缺陷的复合涂层.熔覆区显微组织结构致密,多为针状晶和树枝晶;结合区的显微组织主要由平面晶、胞状晶和树枝晶组成,生成了多种可提高耐磨性和高温抗氧化性的碳化物、氧化物和金属间化合物.复合涂层的最高显微硬度为 1344HV,约为钛合金基体 350HV的 3.8 倍;复合涂层的摩擦因数为0.2～0.3,较钛合金基体的摩擦因数0.6～0.7 明显下降;相同条件下复合涂层的磨损失重为0.00060 g,是钛合金基体磨损失重 0.06508 g 的0.9%;恒温 850 ℃氧化 100 h后复合涂层氧化增重为 6.01 mg·cm－2 ,约为钛合金基体氧化增重 25.10 mg·cm－2的24%.激光熔覆技术有效改善了TC4 钛合金表面的摩擦磨损和高温抗氧化性能.     

1450℃反应烧结Fe3Si-Si3N4复合耐火材料的相组成

以Si粉和Fe₃Si-Si₃N₄为原料,在高纯N₂气氛下制备Si₃N₄/Fe₃Si-Si₃N₄复合材料。氮化烧成后Si₃N₄结合Fe₃Si-Si₃N₄复合耐火材料试样中物相为Si₃N₄、Fe₂Si、FeSi和Si₂N₂O。其中Si₂N₂O含量约6%,且在试样中心和外部分布不均匀。Fe₃Si-Si₃N₄原料是Fe₃Si和Si₃N₄两相共存材料,热力学评估和材料的微观结构分析表明,Fe₃Si和部分Si粉形成新的低熔点硅铁合金,使靠近试样表面部位的部分开口气孔被液态硅铁合金所堵塞或填充,试样中心部位的微量氧不能迁移至外部,N₂中微量氧将Fe₃Si-Si₃N₄原料中Si₃N₄氧化,形成Si₂N₂O包裹,导致试样中心Si₂N₂O含量比边缘部位高。Si₂N₂O的形成使体系氧分压降至Si₃N₄稳定存在的氧分压时,Si粉直接氮化形成柱状Si₃N₄,而非纤维状Si₃N₄,同时在1 450℃氮化烧成条件下,Fe的存在促进了α-Si₃N₄向β-Si₃N₄的转变。     

Si3N4/FePd/Si3N4薄膜的晶体结构和磁性能研究

采用磁控溅射的方法制备了Si₃N₄/FePd/Si₃N₄三层膜, 研究了非磁性材料Si₃N₄作为插入层对磁记录FePd薄膜结构与磁性能的影响。结果表明, 热处理后Si₃N₄分布在FePd纳米颗粒之间, 抑制了FePd晶粒的生长, 与纯FePd薄膜相比, Si₃N₄/FePd/Si₃N₄薄膜的颗粒明显得到细化; 通过添加Si₃N₄层, FePd薄膜的晶体学参数c/a从0.960减小到0.946, 表明Si₃N₄可以有效促进FePd薄膜的有序化进程, 同时提升了矫顽力和剩磁比, 分别提高到249 kA/m、0.86; 随着600℃退火时间的进一步延长, 添加Si₃N₄的薄膜磁性没有迅速下降, 在较宽的热处理时间范围内磁性能保持在比较高的水平, 提高了抗热影响的能力。Si₃N₄作为插入层对FePd薄膜的磁性能具有较大的提升作用, 这对磁记录薄膜的发展具有重要意义。     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

激光熔敷Ti5Si3/NiTi2复合材料涂层的组织与耐磨性

以Ti-Si-Ni合金粉末为原料，利用激光熔敷技术在BT9钛合金表面制备出了以金属间化合物Ti5Si3为增强相，以NiTi2为基体的Ti5Si3/NiTi2金属间化合物快速凝固耐磨复合材料涂层，Ti5Si3/NiTi2合材料涂层的硬度高，组织均匀，致密，与基材之间为完全冶金结合，在干滑动磨损试验条件下具有很好的耐磨性。     

钛合金表面三种预涂材料的激光熔覆研究

为提高钛合金的表面耐磨性能,分别以NiCrBSi、NiCrBSi B4C和B4C Ti三种材料体系为预涂粉,在Ti-6Al-4V表面涂覆不同厚度的预涂层,采用CO2激光器进行激光熔覆工艺研究.在相同激光熔覆工艺条件下,对不同材料体系的涂层质量进行观察与分析,确认NiCrBSi B4C材料涂层是三种材料体系中最好的.在激光熔覆过程中,NiCrBSi B4C材料中的B4C和Ti发生反应,原位生成增强相,对涂层有强化作用.而且,NiCrBSi的加入控制了原位反应的剧烈程度,减少裂纹和气孔,保证了涂层质量.     

钛合金表面Nb-C复合渗层摩擦磨损性能的研究

为提高钛合金表面的耐磨性能,采用等离子表面合金化技术在Ti6A14V(TC4)合金表面形成含Nb的梯度改性层,然后进行渗C复合处理,得到Nb-C复合改性层,研究了改性层的显微组织形貌、成分分布、相结构特征及硬度分布,并进行了球盘摩擦磨损实验.结果表明,Nb、C元素呈梯度分布,合金层主要由Ti、TiC、Nb2C、NbC等...     

铁含量对激光熔覆层微结构及性能的影响

为满足不同支承辊再制造表面硬度需求,利用激光熔覆技术,将添加不同含量纯铁粉的铁基合金粉末材料熔覆到Cr5支承辊钢表面。研究了铁含量对熔覆层微结构及性能的影响。结果表明,所有材料设计成分条件下熔覆层的截面组织差异很小,均为鱼骨状枝晶和网状晶间组织。通过改变添加铁粉的量可以控制熔覆层中枝晶含量。随着合金粉末中铁含量增多,激光熔覆层截面硬度和耐磨性显著下降。添加50%(质量分数)纯铁粉的粉末材料可以制备出硬度约为480HV、耐磨性高于传统淬火工作层的激光熔覆层,可以满足Cr5支承辊再制造需求。     

The effect of different methods to add nitrogen to titanium alloys on the properties of titanium nitride clad layers

In this investigation, titanium nitride (TiN) reinforcements are synthesized in situ on the surface of Ti–6Al–4V substrates with gas tungsten arc welding (GTAW) process by different methods to add nitrogen, nitrogen gas or TiN powder, to titanium alloys. The results showed that if nitrogen gas was added to titanium alloys, the TiN phase would be formed. But if TiN powder was added to titanium alloys, TiN + TiN_x dual phases would be presented. The results of the dry sliding wear test revealed that the wear performance of the Ti–6Al–4V alloy specimen coated with TiN or TiN + TiN_x clad layers were much better than that of the pure Ti–6Al–4V alloy specimen. Furthermore, the evolution of the microstructure during cooling was elucidated and the relationship among the wear behavior of the clad layer, microstructures, and microhardness was determined.     

铸铁表面激光熔敷层的抗裂性和耐磨性

采用免预热多道搭接的激光熔敷工艺，在铸铁表面制备出抗裂耐磨的激光熔敷层，研究了激光功率和扫描速度对熔敷层抗裂性的影响。适当的激光功率和扫描速度可以使铁基熔敷层的裂纹率最低．随着Ni含量的增加，熔敷层内奥氏体相体积分数增加；K可促进共晶碳化物团球化，熔敷层抗裂性增强．通过对铸铁表面激光熔敷层裂纹的萌生与扩展的动态观察，揭示了熔敷层开裂的微观机制．裂纹易在粗大渗碳体区或石墨与奥氏体的界面处萌生，奥氏体可明显抑制裂纹的扩展．Ti含量增加使熔敷层中原位自生的TiC的体积分数增大，熔敷层磨损质量损失减少，耐磨性增强．     

TC4合金表面激光原位合成Ti／TiC生物涂层的组织结构及性能

为了提高医用TC4合金的耐磨性能,在其表面预置石墨粉,激光原位合成了Ti／TiC复合涂层,并分析了涂层的组织结构、显微硬度、耐磨性、耐蚀性及生物相容性。结果表明：涂层无气孔、裂纹等缺陷,组织为树枝晶状,显微硬度和耐磨性能较基材分别提高1倍和4．35倍,且耐蚀性及生物相容性较喷砂处理的医用TC4合金基材明显提高。     

多层石墨烯对钛合金摩擦学性能的影响EI北大核心CSCD

采用液相剥离法制备多层石墨烯(MLG)及MLG/Fe_(2)O_(3)复合纳米材料,将MLG,MLG/Fe_(2)O_(3)及MLG+Fe_(2)O_(3)直接添加至钛合金与钢的滑动界面上,通过干滑动摩擦磨损实验测试TC11合金的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、3D激光扫描显微镜及能谱仪对磨损表面及亚表面的结构、形貌、成分进行分析。结果表明:只添加MLG时,TC11合金磨损失重及摩擦因数的变化趋势与未添加时类似,但磨损更严重。磨面上只含金属Ti,呈现出黏着痕迹、塑性撕裂、犁沟等黏着、磨粒磨损特征,基体发生塑性变形。添加MLG/Fe_(2)O_(3)复合和MLG+Fe_(2)O_(3)机械混合纳米材料时,磨损失重及摩擦因数在一定滑动转数范围内始终保持极低值,处于0附近。磨面上留有MLG和Fe_(2)O_(3)等物相,摩擦层为双层结构,呈现出典型的黑色、灰色区域。转数增至25000转时,添加复合材料时形成的双层摩擦层消失,转变为严重磨损,而添加混合材料时形成的双层摩擦层仍稳定存在。单独的MLG不能改善钛合金的摩擦磨损性能,在含Fe_(2)O_(3)摩擦层基础上添加MLG,形成的双层摩擦层兼具润滑和承载功能,可显著提高钛合金的减摩性和抗磨性。机械混合添加剂诱导形成的双层摩擦层中,因MLG层多且相对含量较高,钛合金表现出更为优异的摩擦学性能。     

钛合金表面加弧辉光离子渗镍铬及其性能研究

采用加弧辉光离子渗金属新技术处理钛合金Ti5Al2.5Sn表面,研究了渗层的相组成特点,成分分布情况,评价了改性层的磨擦摩损性能,及与钛合金基体间的接触腐蚀相容性等。结果表明加弧辉光离子渗技术可以快速地在钛合金表面获得NiCr镀渗复合层。渗层由Ni3Ti等金属间化合物组成,其硬度、耐磨性能均高于离子注氮层,具有较高的抗含Cl^-1水溶液腐蚀性能,在含Cl^-1腐蚀环境中与钛合金基体接触相容。