不锈钢表面等离子渗铪及渗碳后的抗高温氧化行为

研究了0Cr_(18)Ni_9Ti奥氏体不锈钢等离子渗铪以及渗铪后进行渗碳并在静态空气中的抗高温氧化行为。研究表明:渗铪合金层厚度为35μm,渗层连续致密无孔洞,与基体呈冶金结合,表面物相主要有Hf、HfC、Hf_2Fe;渗铪+渗碳层厚度为100μm,渗层弥散分布许多粒状和短棒状碳化物颗粒,尺寸在1~2μm,主要类型为MC、M_7C_3、M_(23)C_6型。1050,1100℃下氧化时渗Hf试样氧化速率约为基材的1/3、1/8,而渗Hf+渗C试样约为1/8、1/25,随着氧化温度升高时,氧化速率增大,增幅及氧化增重均为渗Hf+渗C试样渗Hf试样基材,且氧化增重近似符合抛物线规律;依次渗Hf和渗C后,经过高温氧化,试样表面合金元素降低、Hf含量升高,表面剥落得到改善,氧化缺陷减少、孔洞变小,Hf起到固化表面氧化物层、提高固溶强化的作用,HfC等碳化物以及HfO_2可以有效降低氧离子的扩散速率,显著提高抗高温氧化性能。     

工程机械齿轮的表面改性层及其摩擦磨损性能

为了满足工程机械齿轮高硬度、常温和高温耐磨性的要求,采用双层辉光等离子表面改性技术在齿轮钢基体上制备了W-Mo共渗层,对W-Mo共渗层的成分与显微形貌进行了分析,并与齿轮钢基体和固体渗碳层的硬度和耐磨性能进行了对比分析。结果表明:W-Mo共渗层与基体之间形成了厚度约为3 mm的扩散层,改性层与基体实现了良好的冶金结合,改性层中未见裂纹、气孔或者夹杂等缺陷存在;齿轮钢基体、固体渗碳试样和W-Mo共渗试样中,W-Mo共渗试样的纳米硬度和弹性模量都为最大值,其次为固体渗碳试样;温度为25、350和500℃时,W-Mo共渗试样的平均摩擦因数最小,磨损体积从高至低顺序都为齿轮钢基体固体渗碳试样W-Mo共渗试样,不同温度下W-Mo共渗试样都具有更高的耐磨性能,这主要与W-Mo共渗改性层自身的高硬度以及高温磨损条件下表面会形成一层W、Mo氧化物保护膜而起到减磨作用有关。     

TC21钛合金表面无氢渗碳层耐磨性分析

将经过预处理的TC21钛合金试样置入真空渗碳炉中进行渗碳。分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及显微维氏(HV)硬度仪、摩擦磨损试验机,对渗碳层的物相结构、组织形貌、硬度和耐磨性进行分析。结果表明:经渗碳处理后,通过渗层组织可判定没有氢化物,XRD未检测发现氢化物及含H相,出现了Ti C等碳化物相,表面硬度提高了2.66倍。渗碳前Ti/Ti对磨的摩擦系数约为0.6,渗碳后Ti C/Ti C的摩擦系数约为0.23,渗碳体与原始表面的摩擦系数介于二者之间。TC21钛合金对磨两方经渗碳处理,改善了摩擦性能;如Ti/Ti部件对磨时,渗碳方可提高耐磨性,非渗碳件在与渗碳件对磨中,加剧了非渗碳件的磨损。渗碳也改变了TC21钛合金部件之间的摩擦状态,TC21基体由Ti基/Ti球之间的粘着磨损变为Ti基/Ti C球磨粒磨损+剥层磨损。     

超声冲击对65Mn钢渗铬层摩擦磨损性能的影响

目的 提高65Mn钢的固体粉末渗铬层厚度和耐磨性能。方法 对65Mn钢进行超声冲击（UI）和固体粉末渗铬（SPC）相结合的复合工艺处理。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）,研究UI+SPC复合工艺处理后65Mn渗铬层的物相结构、厚度及元素分布。通过显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机研究渗铬层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果 SPC处理试样的渗层厚度约为45μm,UI+SPC复合工艺处理试样的渗层厚度约为58μm,相比SPC试样,渗层厚度提高了13μm。渗铬层表面均匀致密,主要相组成为（Cr,Fe）₂₃C₆、（Cr,Fe）₇C₆、Cr₂C。UI+SPC试样渗层表面硬度达1659HV,约为基体表面硬度的6倍,且硬度从表面至心部呈梯度下降。UI+SPC试样表面渗铬层具有较好的耐磨性能,平均摩擦系数为0.170,磨损量约为基材的1/4,其主要磨损机理为粘着磨损和氧化磨损,伴随着磨粒磨损。结论 UI可有效提高SPC工艺的Cr原子扩散性能,提高渗...     

AISI316 不锈钢表面等离子渗硼及摩擦磨损性能的研究

目的改善AISI316不锈钢的摩擦磨损性能。方法采用双辉等离子合金化技术,以块状Fe B化合物作为源极材料,在AISI316不锈钢表面制备含硼改性层,对渗层组织、成分、相结构和显微硬度进行分析,并研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果经渗硼处理后,AISI316不锈钢表面形成了一层连续、致密、均匀的改性层,主要由Mo2B和Fe B相组成。改性层具有较高的硬度(964HV0.1),较基体硬度提高了约3倍,且耐磨性较基体有明显提高。结论通过在AISI316不锈钢表面制备渗硼改性层,可明显提高基体材料的硬度和摩擦磨损性能。     

等离子Mo-Cr共渗表面高速钢层的研究

在20钢表面进行等离子Mo-Cr共渗及等离子超饱和渗碳复合处理，合金层接近钼系高速钢成分。表面Mo含量达到12％左右，Cr含量达到4％左右。等离子渗碳合金层表面含碳量达到2．0％以上，超过了平衡碳的计算值。经X-射线衍射分析，碳化物主要类型为M23C6、M7C3、M6C型，尺寸1μm左右。试样经随后淬火 低温回火和淬火 深冷处理(-196℃) 低温回火两种工艺，使表面高速钢层获得马氏体基体上均匀分布的细小弥散的碳化物组织，没有粗大的共晶莱氏体碳化物。经深冷处理的试样表面硬度达到l600HV，明显高于未经过深冷处理工艺的高速钢层表面硬度(1000HV左右)。用WTM-1E球盘式摩擦磨损试验仪，进行摩擦磨损试验。结果表明：经等离子复合处理的表面高速钢层，与渗碳淬火及低温回火的试样对比，摩擦因数减小，仅有0．07～0．08。     

Q235钢双层辉光等离子Mo-Cr共渗及其热处理工艺研究

对比研究了Q235钢进行双层辉光等离子Mo—Cr共渗和不同热处理工艺处理的表面层组织和性能。结果表明：Q235钢等离子Mo—Cr共渗＋超饱和渗碳＋淬火＋深冷处理＋回火的试样,表面渗层组织结构细小,碳化物分布弥散,尺寸小于1μm,表面硬度达到1600HV。摩擦磨损试验表明：Q235钢经过渗碳＋淬火＋低温回火、等离子Mo—Cr共渗＋离子渗氮、等离子Mo-Cr共渗＋超饱和渗碳＋淬火＋低温回火、等离子Mo-Cr共渗＋超饱和渗碳＋淬火＋深冷处理＋低温回火处理的试样的相对耐磨性分别为：1,1．32,1．6和2．74。     

渗碳温度对Ti_2AlNb合金摩擦磨损性能的影响

利用双辉等离子表面冶金技术,在不同温度下对Ti_2AlNb合金进行渗碳处理。研究不同渗碳温度对Ti_2AlNb合金微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:整个渗碳层包括石墨沉积层、硬质碳化物层和扩散层,其厚度随渗碳温度的增加而增加。从硬质碳化物层到基体,试样硬度呈梯度递减规律;且工艺温度越高,渗碳硬度曲线越平缓。在970、1050和1100℃制备的渗碳试样的比磨损率分别是基体的1/14.67,1/14.96和1/16.64,其平均摩擦因数均小于基体,表现出良好的减摩和耐磨性能,磨损机制为磨粒磨损。     

TC4合金表面离子渗Zr-N层的常温和600℃高温耐磨性

为改善钛合金室温和高温摩擦学性能,分别采用锆-氮离子共渗(Zr+N)与离子渗锆后渗氮(Zr/N)两种工艺在TC4钛合金表面制备错-氮改性层.利用球盘磨损试验机对比研究了两种Zr-N改性层在室温和600℃高温环境下的摩擦学性能.结果表明,两种工艺制备的Zr-N改性层均由ZrN相组成,Zr/N改性层还包含少量TiN相和较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.Zr/N改性层比Zr+N离子共渗层表面硬度更高,渗层更深,表面承载能力更强.室温和600℃高温下,Zr/N改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低43倍和21倍;Zr+N共渗改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低24倍和5倍.     

QBe1.9铜合金表面等离子Ti+N共渗合金层的摩擦磨损性能研究

对QBe1.9铜合金进行双辉等离子Ti+N共渗,在其表面制备富TiN合金层以改善该铜合金的摩擦磨损性能。采用扫描电镜、辉光放电光谱仪和X射线衍射仪等分析了Ti+N共渗合金层的组织、成分及相结构,对该合金层的硬度进行分析,并利用往复球盘摩擦磨损试验机研究了QBe1.9基材及其Ti+N共渗后的摩擦磨损性能。结果表明:经过Ti+N共渗,QBe1.9合金表面形成了厚度约15μm的富TiN合金层。QBe1.9合金经Ti+N共渗后其表面硬度达486HV,与基材相比有明显提高;其摩擦系数和磨损率与未处理基材相比均有明显降低,达到了良好的减摩耐磨效果。表面高硬富TiN合金层的形成是Ti+N共渗处理改善QBe1.9铜合金表面性能的主要原因。     

F51双相不锈钢离子渗氮层的组织与性能

目的提高F51双相不锈钢的硬度以及耐磨性能。方法将F51双相不锈钢进行低温(450℃)和高温(550℃)离子渗氮处理,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察F51双相不锈钢渗氮层的微观组织,利用X射线衍射(XRD)方法对渗氮层沿深度方向相组成的变化进行分析,采用显微硬度计、摩擦磨损实验机分别对渗氮层的显微硬度及耐磨性能进行测试,采用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对磨痕形貌进行观察。结果F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,由表及里为N N+N(少量);高温渗氮层主要由CrN+N相组成,由表及里为CrN+N N+N。高温渗氮层厚度约为低温渗氮层厚度的3倍。低温渗氮样品的平均表面硬度约为基体表面硬度的3.5倍;高温渗氮样品的平均表面硬度约为基体硬度的4倍。基体的摩擦系数约为0.71,低温和高温渗氮处理后样品的摩擦系数大大降低,分别为0.24和0.17。渗氮样品磨痕的宽度和深度较基体显著降低。结论F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,高温渗氮层主要由CrN+N相组成,两种温度渗氮后的样品硬度和耐磨性均得到显著提高。     

304 不锈钢低温离子渗氮及氮碳共渗处理

目的研究304不锈钢离子渗氮层和氮碳共渗层的组织、硬度及耐磨、耐蚀性能,并考察渗层的磨损机理。方法利用离子渗氮及氮碳共渗工艺在304不锈钢表面获得硬化层,利用XRD,OM及共聚焦显微镜、显微硬度仪、电化学测试仪,分析处理前后渗层的组织、相结构及渗层的硬度及耐磨耐蚀性能。结果 304不锈钢氮碳共渗和渗氮层主要为S相层,在相同工艺条件下,氮碳共渗工艺获得的渗层为γN+γC的复合渗层,且厚度大于单一渗氮层。渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍。在干滑动摩擦条件下,氮碳共渗层比渗氮层具有更好的耐磨性能;渗氮层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟效应和断裂,氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削。电化学测试表明,渗氮层和氮碳共渗层的耐蚀性能均优于基体。结论 304不锈钢在420℃进行离子渗氮和氮碳共渗处理后,硬度和耐磨性能可大幅提高,且氮碳共渗处理效果更佳。     

低碳钢表面激光熔覆不锈钢的组织和性能

采用JHM-1GY-400型脉冲Nb∶YAG固体激光器和316L不锈钢粉末在20低碳钢表面制备了激光熔覆层。利用OM、XRD、SEM等表征方法分析了不锈钢熔覆层的物相组成和显微组织,并分别利用旋转摩擦试验机和电化学工作站对熔覆层和基材的耐磨损和耐腐蚀性进行了研究。试验结果表明,不锈钢熔覆层厚度约为50 μm,由γ相(奥氏体)和α相(铁素体)组成,其显微组织主要包括细小的树枝晶、粗大的胞状晶以及平面晶;不锈钢熔覆层表面硬度约为基材的2倍,摩擦因数比基材低0.0418,磨损量更低,不锈钢熔覆层比基材具有更高的耐磨性。与基材相比,不锈钢熔覆层具有更低的自腐蚀电流和更高的自腐蚀电位,其耐腐蚀性能更优异。     

表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响

通过超声表面滚压处理制备出具有梯度纳米结构表层的 Dievar 模具钢试样。 在滚压试样和未滚压试样表面进行高能离子注渗 (High energy ion implantation, HEII)工艺优化试验,制备出高能离子注渗碳化钨层,并从微观组织结构、成分、硬度和高温摩擦磨损性能等方面研究表面纳米化对于高能离子注渗碳化钨性能的影响。 结果表明:与 HEII 试样相比,USRP+HEII 试样的梯度纳米结构表层明显增强了高能离子注渗碳化钨的效果。 相对于 HEII 试样,USRP+HEII 试样的表面组织更加致密均匀,其注渗层深度提高了约 27%;USRP+HEII 试样的表面硬度为 944. 9 HV,分别较原始母材硬度和 HEII 试样表面硬度提高了约 373%和 27%;USRP+HEII 试样的平均摩擦因数和体积磨损量在不同温度条件下低于 HEII 试样,说明 USRP+HEII 试样具有更加优良的抗高温磨损性能。     

不锈钢表面含Cu功能梯度复合改性层的制备及抗菌性能

为提高奥氏体不锈钢(ASS)的耐磨性及赋予其抗菌性能,应用改进的活性屏离子渗氮(ASPN)技术,将纯铜冲孔板置于不锈钢冲孔板上面作为活性屏的顶盖,对316奥氏体不锈钢在低温下(430℃)进行表面渗氮处理,在其表面形成由含Cu抗菌沉积层和S相(氮在奥氏体中的过饱和固溶体γ_N)硬质支撑层组成的功能梯度复合改性层。用扫描电镜(SEM)及其所附能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)表征复合改性层的组织形貌、成分及相结构。用显微硬度计和往复摩擦磨损试验机测试了基体和复合改性层的显微硬度和摩擦磨损性能,用金黄色葡萄球菌进行体外抗菌试验评价复合改性层的抗菌性能。结果表明,在偏压达到250 V后,形成了连续分布的硬质S相扩散层和含Cu沉积层组成的复合改性层。改性层表面最高硬度可达928 HV0.05,与Si₃N₄小球对磨时比磨损率较基体降低约57.76%,显著提高了不锈钢的耐磨性。抗菌试验表明,复合改性层与金黄色葡萄球菌接触24 h后,对金黄色葡萄球菌抗菌率提高到98.5%。改进的活性屏离子渗氮技术制备的功能梯度复合改性层可以有效提高...     

激光功率对40CrNiMoA钢表面淬火组织和摩擦磨损性能的影响

采用不同激光功率在卷取机卷筒主轴40CrNiMoA钢基材表面进行了激光淬火试验,利用体视显微镜、光学显微镜、显微硬度计和立式万能摩擦磨损试验机等观察和测试试样横截面的宏观组织、表面显微组织、激光相变硬化区的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:3种不同功率下的激光淬火试样表层组织均得到不同程度的细化,其硬度、摩擦磨损性能较基体均有所提升。其中,当功率为1600 W时,在试样截面能够明显观察到相变硬化区。此时,试样的表层组织最为细致,由细小的针状马氏体、少量残留奥氏体和弥散分布的细小碳化物组成,其表面硬度可达640.3~706.8 HV0.2,约为基体硬度的2.8倍。同时,摩擦因数稳定在0.40~0.60之间,与基体相比降低了50%左右;磨损量1.3 mg,仅为基体的36.1%。在光斑尺寸12 mm×2 mm,扫描速度v=20 mm/s的试验条件下,采用1600 W激光功率对40CrNiMoA钢进行表面激光淬火,得到的试样组织和摩擦磨损性能最优。     

Effects of relative humidity on tribological properties of boron carbide coating against steel

Boron carbide coatings of 100 nm thick were synthesized on silicon substrate by DC magnetron sputtering using B₄C target with a mixture of Ar and methane (CH₄ at 1.2 vol.%) as processing gases. Tribological properties of the coating were studied in relation to the effects of relative humidity (RH). Reciprocating wear tests using 3 mm diameter steel balls as a counterpart were carried out at three relative humidity conditions. Confocal microscopy was used to observe worn surfaces and the wear scars on the steel balls. Elemental composition of the coating and worn surfaces were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy and Auger electron spectroscopy. The tribological properties of boron carbide coating slid against steel ball were strongly affected by relative humidity. Lower and steady friction coefficient and higher wear resistance for both the coating and the steel ball were achieved at higher relative humidity. At high RH, tribochemical reaction occurred in the sliding surfaces, forming boric acid and carbon in a graphitic form on the worn surface of coating and a soft layer on the ball surface. The formation of boric acid on boron carbide coating combined with graphite structure led to the low and stable friction of boron carbide coating in medium and high relative humidity conditions. Smooth layer was formed on the worn surface of the steel ball at high relative humidity due to the tribochemical reaction. Low and steady value of friction coefficient and reduction of wear loss of both steel ball and boron carbide coating were attributed to the formation of the soft layer.     

Fabrication of multiple carbide particles reinforced Fe-based surface hardfacing layer produced by gas tungsten arc welding process

In this paper, a multiple carbide particle reinforced Fe-based surface coating has been in situ synthesized by gas tungsten arc welding (GTAW) melting a precursor mixture of graphite, ferrotitanium (Fe-Ti) and ferrovanadium (Fe-V) alloy powders on AISI 1020 steel substrate. The microstructure and wear properties of the Fe-based surface hardfacing layers were investigated by means of a scanning electron microanalysis (SEM), X-ray diffractometer (XRD) and wear tester. The results showed that (Ti,V)C multiple carbide particle and TiC carbide particle can be synthesized via reaction of Fe-Ti, Fe-V and graphite during GTAW melting process. The selection area diffraction pattern (SADP) analysis indicated that (Ti,V)C crystallizes with the cubic structure, which indicates that (Ti,V)C carbides were multiple carbides with V dissolved in the TiC structure. The Fe-based surface hardfacing layer reinforced by multiple carbides gave an excellent wear resistance and appeared a mild wear with fine scratches.     

45钢/304不锈钢连续驱动摩擦焊接工艺

异种材料焊接结构以其在力学性能、耐腐蚀性等多方面的综合优势,而被广泛应用到装备制造中.针对电机行业中的应用需求,采用连续驱动摩擦焊接实现了45钢和304不锈钢异种钢棒材的优质高效连接,通过工艺优化试验获得了成形以及性能良好的焊接接头.结果表明,在焊接界面处有碳化物层的形成,45钢侧有很薄的铁素体层出现,304不锈钢侧奥氏体晶粒发生了细化,但热影响区内晶粒发生粗化.焊态试样抗拉强度达到870 MPa,拉伸断裂在焊缝界面,为脆性断裂,但微观上有韧窝断裂和准解理断裂两种断裂机制.