CrAlN纳米梯度涂层的组织结构与性能研究

目的 研究Al靶功率对CrAlN纳米梯度涂层组织结构和力学性能的影响.方法 采用磁控溅射与电弧离子镀复合技术,通过保持Cr靶电流不变、Al靶功率线性增加(0.6～2.2、0.6～2.4、0.6～2.6 kW)的方法,制备了三种不同表面Al含量的CrAlN纳米梯度涂层.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳...     

CrAlN基硬质涂层的研究进展

近年来,现代工业对材料的性能提出了日益严苛的要求,表面技术改性逐渐成为提升材料表面性能的有效手段。CrAlN涂层因其良好的力学性能和优异的抗高温氧化性能,在保护性涂层领域受到广泛关注。本文综述了近10年来CrAlN基硬质涂层的最新研究进展,包括CrAlN涂层的结构和性能、制备工艺、合金化和以CrAlN为基的纳米多层结构涂层和纳米复合结构涂层的设计和优势等,讨论了CrAlN涂层潜在的发展方向,以期推动该涂层在保护性涂层领域的发展和应用。     

磁控溅射Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层的抗高温氧化性能

为了提高航空紧固件涂层的高温工况防护能力,采用磁控溅射技术在钛合金表面分别制备 Cr/ CrN 交替涂层和 Cr/ CrN / CrAlN 涂层,研究氧化时间和氧化温度对涂层高温氧化性能影响。 利用 SEM、EDS 和 XRD 进行微观形貌和物相成分分析,采用热重法分析氧化增重量( w) 和氧化速率常数( k) ,使用显微硬度计测试涂层高温氧化后硬度。 结果表明:随着氧化时间和氧化温度的增加,涂层硬度均降低,但 Cr/ CrN / CrAlN 涂层下降趋势更缓; 两种涂层的 w 和 k 均上升,其中 Cr/ CrN / CrAlN 涂层 w 和 k 增幅均低于 Cr/ CrN 交替涂层,950 ℃ 氧化 96 h 后 Cr/ CrN / CrAlN 涂层和 Cr/ CrN 交替涂层的 w 值分别为 40 mg / cm ² 和 135. 7 mg / cm ² ,其对应的 k 分别为 0. 1996 和 0. 4092,说明 Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性更好。 Cr/ CrN / CrAlN 涂层活化能 E_a 值比 Cr/ CrN 交替涂层高 48. 5%,Cr/ CrN / CrAlN 涂层在高温下产生 Cr₂O₃ 和 Al ₂O₃ 的混合氧化物,结构更致密,Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性能高于 Cr/ CrN 交替涂层。     

高温合金Al-Si涂层抗高温氧化性能的研究

采用热扩散的方法 ,在K4 38高温合金表面制备了Al Si涂层。经 10 0 0℃× 5 0 0h高温氧化性能试验结果表明 ,K4 38镍基高温合金表面的涂层 ,在高温氧化过程中已转变成致密完整的α Al2 O3氧化层和富铝的 β NiAl和富镍的β NiAl化合物层 ,与基体金属的粘附性良好。Al Si涂层中Si元素的扩散和合理分布能有效的抑制β相的生长 ,延长涂层的退化速度 ,使涂层获得更佳的抗高温氧化性     

高温合金渗铝涂层抗高温氧化性能的研究

采用固体粉末包埋渗铝法，在K438高温合金表面制备渗铝涂层。对渗铝试样做了1000℃、500h高温氧化实验。实验结果表明：在氧化过程中，K438高温合金表面的涂层已转变成连续致密的α—Al2O3氧化膜、富Al的β-NiAl和富Ni的β—NiAl化合物层，氧化膜与基体合金粘附良好，在高温氧化过程中无明显剥落现象。随着氧化时间的增加，β相分解较慢，到500h时涂层仍具有良好的抗高温氧化性能。     

钛合金表面抗高温氧化涂层的研究进展

钛合金在制造航空航天发动机等关键部件方面具有重要的应用价值,但高温性能不稳定是制约其发展前景的主要原因。采用激光熔覆技术在钛合金表面制备耐高温涂层,是在不改变钛合金材料整体性能的前提下赋予材料表面特殊性能的重要途径。首先介绍了钛合金的氧化行为,并简要分析了钛合金在氧化过程中的氧化特点及失效形式,指明其改善途径。随后总结分析了目前常用的镍基高温涂层、TiAl系高温涂层和高熵合金高温涂层的研究现状,其中镍基合金涂层具有较高的结合强度、良好的耐磨性和优异的耐蚀性,但由于涂层与基体中元素的扩散速率不同导致的差异,造成柯肯达尔空洞的产生,涂层变得不稳定,涂层与基体的结合强度降低。TiAl基合金的高温性能与镍基高温合金相近,且密度小,有代替镍基合金的发展趋势,其涂层表面可以生成均匀致密的Al2O3氧化膜,并且与钛合金基体间的化学成分差异小,基本不发生互扩散现象。但二元TiAl系涂层对于Al的用量有严格的要求,当其使用温度超过850 ℃时,抗氧化性能也会严重降低。因此Ti-Al-X系涂层中X元素（例如Cr、Si、Ni等元素）的添加,可以适当地降低Al含量,促进均匀致密的Al2O3氧化膜的形成,有效地阻止氧元素向基体的扩散,并且比二元TiAl涂层的脆性要低、塑性更好。高熵合金高温涂层具有许多优异的性能,调整其中某一种或者某几种元素的含量都可以进一步优化性能,因此应用前景极为广阔,但其还处于实验室研究阶段,元素配比的不合理,基体元素对熔覆层的反作用,都会使高熵合金的脆性和力学性能达不到理论效果,不能进入真正的应用阶段。最后展望了激光熔覆技术在钛合金表面制备高温涂层的发展趋势。     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

304不锈钢表面CrAlN涂层制备及其耐腐蚀性能研究

采用电弧离子镀膜技术在单晶硅和304不锈钢表面制备了CrN、CrAlN涂层,对涂层的微观结构、表面形貌、机械性能及在人工海水中的耐腐蚀性能进行了研究。通过XRD、SEM对涂层的微观结构及表面形貌的研究结果表明：CrAlN涂层具有更少的表面缺陷和内部大颗粒,截面有着更致密的结构,CrN涂层沿CrN(200)择优生长,而CrAlN涂层则沿CrN(111)择优生长。对CrN、CrAlN涂层及304不锈钢基底的摩擦系数测试表明：CrAlN涂层的摩擦系数均比CrN涂层和304不锈钢的摩擦系数低。对304不锈钢基底及涂层在人工海水中的电化学极化曲线、Nyquist图进行的测试结果表明：CrAlN涂层的容抗弧半径远大于CrN涂层以及304不锈钢,其腐蚀电流密度与自腐蚀电位与CrN涂层相当,均比304不锈钢表现更为优异。     

偏压对电弧离子镀CrAlN涂层微观结构及耐侵蚀性能的影响

本文通过在TC11钛合金上利用电弧离子镀技术制备了铬铝氮(CrAlN)涂层。采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能量色散X射线光谱(EDX),纳米压痕仪等对CrAlN涂层微观结构和机械性能(如硬度和弹性模量)的影响进行了分析。为了研究偏压对CrAlN涂层固体颗粒抗侵蚀性的影响,还进行了一系列固体颗粒侵蚀实验。结果发现,随着偏压从0V增加至200V,CrA1N涂层的择优生长取向逐渐从(200)转变为(111)晶面。硬度从15.1 GPa增加至接近20 GPa。同时,表面逐渐平整,大颗粒和针孔的数量减少,对CrAlN涂层的抗侵蚀性能均有一定影响。偏压150V时,CrAlN涂层获得最小侵蚀速率,其在30°时为0.032μm/ g,90°时为1.869μm/ g。这些结果表明,选择适当的偏压,CrAlN涂层能够获得更优异的固体颗粒侵蚀抗性。     

电弧离子镀NiAlHf涂层的抗高温氧化性能

目的通过电弧离子镀技术,获得抗氧化性能优良的NiAl涂层。方法采用电弧离子镀技术,在弧流为110 A,偏压为-50 V的参数下沉积NiAlHf涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过能谱仪(EDS)分析涂层的成分。采用恒温氧化增重实验对涂层的氧化动力学进行分析。结果由电弧离子镀技术制备的NiAl涂层致密均匀,无大颗粒、孔洞等缺陷。涂层主要由β-NiAl相组成,活性元素Hf固溶在主相中。NiAlHf涂层表现出良好的抗高温氧化性能,动力学曲线符合抛物线规律,在1150℃下恒温氧化200h的平均氧化速率为0.0841g/(m^2×h),远优于传统MCrAlY涂层体系。NiAlHf涂层在氧化初期形成保护性的α-Al2O3氧化皮以及少量亚稳态的θ-Al2O3,随后θ-Al2O3逐渐转变为稳态的α-Al2O3。Hf在涂层表面富集从而形成HfO2,对氧化皮形成了钉扎作用,增强了氧化皮的粘附性,提高了涂层的抗氧化性能。随着氧化的进行,涂层中的β-NiAl相逐渐转变为γ'-Ni3Al相。结论 NiAlHf涂层在1150℃下仍具备优良的抗高温氧化性能,对下一代耐更高温度涂层开发,电弧离子镀NiAl涂层的技术推广及工业化应用有一定的指导作用。     

表面活性剂对钛合金复合微弧氧化膜结构与耐磨性能的影响

为了在钛合金表面制备耐磨性能良好的复合微弧氧化膜层,研究了4种不同类型的表面活性剂对复合六方氮化硼(hBN)固体润滑微粒微弧氧化膜层微观结构及其耐磨性能的影响。结果表明,表面活性剂对复合微弧氧化(MAO)膜层的微观结构和耐磨性能有明显的影响,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵降低了复合MAO膜层中h BN微粒含量,削弱了膜基结合,因而不利于膜层耐磨性能的改善;非离子型表面活性剂无水乙醇由于挥发性强导致膜层的致密性下降,降低了膜层的耐磨性能;阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对复合MAO膜层的结构和耐磨性能影响较小;阴离子型表面活性剂羧甲基纤维素钠则有效改善了hBN微粒在电解液中的分散性,进而改善其在MAO膜层中的复合及分布状况,从而明显改进了复合MAO膜层的耐磨性能。     

CrFeAlTi复合涂层抗高温氧化及耐铅铋合金腐蚀性能

采用热喷涂-激光复合工艺在304不锈钢基体上制备3种CrFeAlTi复合涂层。采用氧化增重法评定涂层和基材抗高温氧化性能;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM/EDS)和X-射线衍射仪(XRD)对涂层微观组织结构进行分析,并对涂层耐液态铅铋合金(LBE)腐蚀性能进行研究。结果表明,3种CrFeAlTi复合涂层均具有良好的抗高温氧化性和耐液态铅铋合金腐蚀性,未加入304不锈钢粉末制备的涂层相对更好;750℃和850℃下氧化3h后304基材增重量分别为0.70g/m2和0.88g/m2,而涂层增重量在850℃也仅有0.074g/m2;450℃和550℃下腐蚀300h,Pb元素沿基材表面向内部的扩散深度达到了8μm和10μm,而在涂层中几乎无扩散,涂层具有很好的抗腐蚀性,能阻止液态铅铋合金扩散到内部,对基材起到一定的防护作用。     

锆合金表面CrAl基耐高温涂层及氧化行为研究

目的了解锆合金和涂层的高温氧化行为,通过表面涂层提升锆合金的耐高温氧化性能。方法采用多弧离子镀技术在锆合金基体上制备了CrAlN、CrTiAlN涂层,模拟反应堆失水(LOCA)事故时的高温氧化行为,在360～1160℃下进行1 h氧化测试,对原始锆合金和带涂层样品的氧化增重行为进行了研究。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对氧化前后样品的物相结构和形貌进行系统表征分析。结果锆合金在760℃及以下形成深色的混合型锆氧化膜,在860℃以上呈现龟裂和局部剥落。两种涂层氧化时,通过形成致密的Cr_2O_3和Al_2O_3混合氧化层,显著降低了氧化增重。CrAlN涂层在760℃时具有较好的抗氧化性,1060℃时开裂而失去保护作用。CrTiAlN涂层在860℃时能保护基体不受氧化,1060℃时局部开裂,基体开始出现氧化层。结论利用多弧离子镀技术制备的锆合金表面CrAlN和CrTiAlN涂层,在模拟反应堆LOCA事故下具有良好的耐高温氧化性,显示出这两种涂层有潜力发展成为核用事故容错燃料(ATF)包壳涂层。     

激光熔覆Fe-Al复合涂层组织及性能研究

采用粉末预置法,在Q235钢表面激光熔覆Fe-Al复合涂层。采用SEM、XRD等方法分析了涂层的显微组织和物相结构,研究了不同激光工艺参数对涂层显微硬度和耐磨性的影响。结果表明,在优化工艺参数下,涂层与基体形成了良好的冶金结合,组织均匀细密,涂层中含有Al2O3硬质颗粒相及金属间化合物Fe3Al,其硬度和耐磨性得到提高。     

生长速率对镁合金微弧氧化膜结构及耐蚀性的影响

硅酸盐电解液体系中对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理,膜层厚度相同但生长速率不同是本研究的实验设计特色。通过调节电源电压,使得膜层的生长速率分别为1μm/min、5μm/min、15μm/min和25μm/min,从而制备出生长速率不同但厚度相同的微弧氧化膜层,对膜层的微观结构及耐蚀性进行定性及定量研究,从实验室研究及实际应用角度对不同生长速率的各膜层进行综合对比分析。结果表明,生长速率对膜层的表面孔隙率、微孔的尺寸及数量,膜层的质量及质量厚度比,以及膜层耐蚀性均有较大的影响,但对膜层中的成分及元素分布基本无影响;在工业应用中,膜层生长速率的选择,应将膜层的生产效率和膜层性能统筹考量,本研究中生长速率为15μm/min的膜层显示出这样的优势。     

氧化石墨烯对纳米金属陶瓷复合镀层组织性能影响

目的 提高纳米金属陶瓷复合镀层硬度、耐磨性,以及耐蚀性。方法 在镀液中添加了氧化石墨烯(GO),在合金的基体上制备了Ni-TiN-GO的复合镀层,并对镀层组织结构、成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行表征及分析,探究GO的添加量对其组织性能的影响,确定最适宜的GO添加量。结果 最适宜GO含量为0.3 g/L,所得镀层表面平整致密,与基体结合良好,厚度为8.64 μm。晶面表现为双择优取向,晶粒尺寸最小,显微硬度最大,分别为22.8 nm和1 529.1HV。摩擦磨损测试表明摩擦因数为0.8,主要以磨粒磨损为主,具有良好耐磨性能。Ni-TiN-0.3g/LGO复合镀层自腐蚀电流密度较基体和Ni-TiN镀层下降1个数量级,在经过96 h的盐雾试验后,镀层未见开裂,只附着少量腐蚀产物,表现出良好的耐蚀性。结论 当GO的添加量为0.3 g/L时镀层表面最为致密,缺陷减少,并且通过其较大的比表面积可阻碍腐蚀离子通过,进而提高镀层耐蚀性。GO通过在镀液中与Ni²⁺结合形成复合物共沉积到孔隙缺陷处,同时GO弥散分布于镀层,提供了大量的形核位点,镀层晶粒尺寸下降,因此镀层硬度提高,并且由于GO具有一定自润滑能力,镀层的耐磨性提高。     

氮氩比对模具钢表面镀CrAlN薄膜形貌和性能的影响

目的 提高H13模具钢的表面性能,延长模具使用寿命.方法 采用多弧离子镀技术,以氮气作为反应气体,通过改变氮气流量的方法制备出不同原子含量的CrAlN薄膜,研究氮氩比对CrAlN薄膜表面形貌、组织结构、硬度、结合力、抗高温氧化性及耐腐蚀性的影响.结果 随着氮氩比增加,CrAlN薄膜表面大颗粒数量减少,大颗粒尺寸变小,薄...     

不锈钢热浸镀铝抗高温氧化性能研究

用X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）分析高温氧化腐蚀等方法，对1Cr13不锈钢热浸镀稀土铝合金（Al-6%Si-4%RE)的镀层组织结构与性能进行了研究，结果表明，在高温长时间保温过程中热浸镀层与基体金属相互扩散形成了热力学稳定的Al2O3,Cr2O3氧化膜，使该钢获得优良的抗高温氧化腐蚀性能。经热浸镀铝后，镀层具有良好的抗高温氧化腐蚀性能。     

氟钛酸钾添加对铝镁复合板微弧氧化涂层结构及耐蚀性的影响

为研究氟钛酸钾(K₂TiF₆)添加对Al-Mg复合板微弧氧化涂层结构和耐腐蚀性能的影响,在硅酸盐-氢氧化钠电解液体系中加入不同浓度的氟钛酸钾(0、1、2和3 g·L^-1),利用微弧氧化技术(MAO)在Al-Mg复合板表面制备陶瓷氧化物涂层。通过SEM、XRD、EDS和电化学工作站等对制备陶瓷氧化物涂层显微组织、相组成、形貌及耐蚀性能进行表征。添加K₂TiF₆后,Al-Mg复合板Al侧的涂层厚度、表面孔隙率和表面粗糙度随K₂TiF₆浓度的增加呈下降的趋势(24.2～18.4μm、6.8%～5.3%、3.55～2.23),Mg侧涂层呈上升趋势(21.0～26.6μm、3.6%～5.3%,3.35～4.33),此外涂层中的Ti和F元素含量增加,各样品的耐蚀性均有所提高。添加K₂TiF₆为2 g·L^-1时,两侧涂层的耐蚀性最好,其中R_t均比未添加的样品增加...