超声表面滚压技术制备梯度纳米结构材料

介绍了超声表面滚压技术（USRP）在制备梯度纳米结构材料中的应用。USRP技术能在材料表面构建梯度纳米结构层并引入残余压应力,同时显著降低材料表面粗糙度并提升表面均匀性。讨论了与USRP加工工艺及过程密切相关的微观结构演变和表面特性,分析了不同材料体系及工艺参数对USRP处理的影响规律。研究表明,采用合适的USRP处理工艺可改善材料表面的力学性能,即硬度,强度,耐磨性及抗疲劳性能等,而腐蚀/氧化行为则更依赖于材料的组织结构、表面完整性、应力状态、不同的腐蚀介质及服役环境等因素的综合作用。此外,对USRP制备梯度纳米结构材料面临的一些基础科学问题和工业应用探索进行了讨论和展望。     

表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的研究进展

多数工程结构材料的失效都是从表面的薄弱环节开始发生或者传导,从而引起材料的性能下降,使用寿命缩短.受生物材料的梯度结构启发,近年来开发了多种表面纳米化技术,成功在工程材料表面制备了晶粒尺寸从表层纳米尺度连续变化到内部宏观尺度的梯度纳米结构,强化和保护了材料表面,有效地解决了上述问题.结合国内外表面纳米化的研究结果,综述了金属材料梯度纳米材料的研究进展.首先,介绍了梯度塑性变形、物理化学沉积等表面纳米化加工技术的最新进展.其次,对梯度等轴纳米晶、梯度纳米层片和梯度纳米孪晶等多种表面纳米化材料的微观结构进行了归纳,并对最新发展的梯度纳米结构材料表层晶粒的晶体学取向等微观信息表征方法进行了系统地阐述.随后,总结了梯度纳米结构对工程材料的表面强度、塑性、强-塑匹配、加工硬化、疲劳、耐磨、腐蚀和热稳定性等性能的影响.最后展望了表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的发展趋势及工程应用所面临的挑战.     

增材制造技术制备梯度材料研究现状

梯度材料是一种新型复合材料,其组成成分、微观组织和性能在空间上呈梯度变化.增材制造所具有的离散-堆积工艺为梯度材料的制备提供了新的路径,与传统的梯度材料制备工艺相比,增材制造方法可以实现一个或多个方向上梯度材料的制备,同时具有制备复杂结构件的能力.梯度材料增材制造工艺主要包括激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造,其中激光增材制造是目前研究最多且应用最广的工艺.路径规划对梯度材料成分梯度、质量和成形精度有重要的影响,已成为梯度材料增材制造研究的一个重要方向.综述了梯度材料增材制造方法、梯度微观组织,以及制造过程中路径规划的国内外研究现状,可以为梯度材料增材制造研究提供参考.     

基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究

目的 研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用,提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。方法 通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽,在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末,分析熔覆合金层的金相组织,并利用往复式摩擦磨损试验机研究在一定载荷压力下功能梯度材料缸套的摩擦学性能。结果 熔覆层金相组织呈现梯度排布,熔覆层与基体材料分子原子交互扩散形成良好的冶金结合。牌号为350、镍质量分数为4.2%、铁质量分数80%的粉末所制备的功能梯度材料,减摩效果最为明显,相比未经处理的对照组,平均摩擦因数降幅为25.4%,且该组在试验中接触电阻的平均值最大,相比对照组提升了63.45%。牌号为330、镍质量分数为9%、铁质量分数为70%的粉末制备的缸套,表面支撑指数最高为0.78,相比于未处理的对照组,增幅达到35%,且试验组活塞环经摩擦后,磨损量均小于对照组。结论 制备了30°角分布的功能梯度材料,能使得缸套-活塞环摩擦学系统在工作过程中摩擦副的润滑油膜厚度更厚,且在运行过程中更稳定,以减少摩擦力和降低摩擦因数。同时,增强其支撑能力和储存润滑油的能力,使所制备的缸套摩擦因数显著降低。牌号为350的材料,改善摩擦学性能的效果最优。     

TiB2-Cu-Ni梯度功能材料的抗烧蚀行为

采用燃烧合成与同时致密化技术制备了TiB2-Cu-Ni5层金属-陶瓷梯度功能材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等方法对梯度材料的成分及烧蚀前后的微观组织形貌等进行了检测，用等离子火炬电弧加热器对材料进行加热来考察梯度材料的抗热震性能以及抗烧蚀性能。结果表明，梯度功能材料各层之间的界线已经模糊，层与层之间的结合较好；梯度材料在瞬间加热时和瞬间冷却时均未出现崩裂，烧蚀后表面没有裂纹产生，说明该梯度材料具有优异的抗热震性能；烧蚀20S后，梯度功能材料烧蚀后的质量损失仅为0．5g，说明梯度功能材料具有良好的抗烧蚀性能。梯度材料的抗烧蚀机理为金属粘接剂的挥发损失、热化学烧蚀和机械冲刷。该梯度材料在固体火箭发动机的喷管、喉衬等部件上有广阔的应用前景。     

超声滚压对45钢微观组织和力学性能的影响

目的 提高45钢的表面完整性,研究超声表面滚压加工(Ultrasonic Surface Rolling Processing,USRP)技术对45钢微观梯度结构和力学性能的影响.方法 通过USRP技术,在材料表层制备出微观梯度结构,并对试样梯度结构组织进行金相、SEM、EBSD、表面粗糙度以及显微硬度分析.最后,考虑...     

预制表面梯度应变层增强高铁制动盘的耐磨性能EI北大核心CSCD

随着客运铁路高速化,列车制动盘的磨损日益加剧,严重威胁列车服役的安全性。为了提高低碳马氏体钢制动盘的耐磨性,采用表面机械研磨处理(SMAT)技术在材料表面制备梯度组织,进而延长材料的服役寿命。结果表明:经SMAT处理后,样品表面形成厚约180μm的梯度应变层,切应变沿深度呈梯度分布。板条马氏体被挤压成塑性流线,在最表层形成亚微米晶和条状结构。微米划痕试验发现,样品表层材料的硬化率和摩擦性能随着深度呈梯度变化,耐磨性相比基体增强了1.2倍。在循环应力作用下,靠近样品表面的马氏体晶粒被细化,最表层材料的位错密度比基体提高了14.6倍,从而提高了制动盘钢的表面硬度和耐磨性。此外,与其他铁路耐磨材料相比,样品表现出较高的应变硬化速率。研究成果可为制动盘梯度应变层的工程应用提供参考。     

激光熔覆制备生物陶瓷涂层的研究综述

激光熔覆是利用高能量、高密度的激光束将粉末熔化,在基体表面形成一种冶金结合面,其作为一种表面改性技术,已经得到了广泛的应用。生物陶瓷因其物理、化学性质稳定,而且具有良好的生物活性和生物相容性,利用激光熔覆在金属表面制备一层生物陶瓷涂层成为研究的热点。主要对激光熔覆制备生物陶瓷涂层中材料、梯度涂层设计、工艺的研究进行了阐述,为其应用提供更多的指导。     

FASHS技术制备TiB2+Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料

采用电场激活自蔓延高温合成(FASHS)技术制备了TiB2 Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料.试验中首先将镍粉和铝粉球磨处理以促进燃烧反应发生,然后采用FASHS技术利用自蔓延燃烧反应热连接制备了TiB2 Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料.用SEM和XRD分析了梯度材料各层的界面微观组织及相组成,用洛氏硬度计、显微硬度计及磨料磨损试验机分析了材料的力学性能、硬度及表面抗磨性.结果表明,金属陶瓷复合层、Ni3Al层和405不锈钢金属片间形成了可靠的冶金结合,金属陶瓷复合材料表面硬度为90HRA,材料的化学成分和显微硬度呈梯度分布,耐磨性优于20Cr渗碳钢.     

成分梯度钢铁材料的研究

利用气体和材料表面碳分子的不同活性,对一种含碳量为0.40％的中碳钢进行成分梯度处理,并对成分梯度处理后的试样进行不同温度下的回火处理,回火处理后的材料具有良好的强度和伸长率.拉伸断口形貌表明,材料的断裂为韧性断裂.采用的热处理成分梯度处理方法是一种制备成分梯度钢铁材料的新方法,这种方法也为马氏体钢的大压下加工提供了一个实用手段.     

半固态金属流变成形模具失效与选材

半固态流变成形模具的研究是半固态成形技术的一个重要组成部分，目前还没有引起足够的重视。根据半固态流变成形模具的工作原理和黑色金属流变成形的工作条件，分析指出了其主要失效形式是热疲劳、熔蚀和变形，模具材料的关键性能指标是高温疲劳强度、抗氧化性以及较低的线膨胀系数等。通过对常用模具材料优缺点的分析，得出了以下结论：目前国内外还没有真正适合黑色金属半固态流变成形的模具材料，采用复合材料和表面处理技术是提高模具寿命的有效途径。     

铸钢件无熔剂表面合金化的研究

利用正交试验方法研究了铸钢件的无熔剂表面合金化。研究表明。合金涂层中不加熔剂也能形成质量较好的合金层；铸型中合金膏块相对厚度是决定铸件表面合金层厚度的主要因素；浇注温度提高。合金颗粒适当增大。有利于增加合金层厚度；铸钢合金层的耐激冷激热性能好。     

Pulveraluminieren von niedriglegiertem Stahl: Metallkundliche Gesichtspunkte zum Beschichtungsverfahren und zur Beständigkeit der Schutzschicht im Hochtemperatureinsatz

Pack aluminizing of low alloyed steel: Metallurgical aspects of the coating procedure and coating reliability in high temperature service This study concentrates on metallurgical aspects of the pack aluminizing coating procedure of a low alloyed 1% Cr½% Mo steel (13 CrMo 44) as well as on the coating reliability in high temperature service. It is reported, how the coating procedure can be optimized by controlling coating temperature and time as well as the composition of the powder mixture. In high temperature service a protective coating has to withstand diffusion and corrosion reactions. Creep and low cycle fatigue of a component also can result in coating failure. Optimized coatings on low alloyed steels withstand high temperature sulfidation up to 600°C, where no increase in layer thickness or decrease of aluminium concentration in the specimen surface occurs. Even after creep strains of six percent no cracks are found in the coating. Thermal cycling of coated specimens results in nucleation and growth of cracks in the coating and thus represents the life limiting damage process of aluminized low alloyed steel.     

镀液合金元素对钢镀铝界面组织的影响

研究了钢铁热浸镀镀液中添加不同元素对合金层生长的影响,检测了镀层的形貌和结构并分析了合金层形成和生长的机理.结果表明,镀层由表面的浸铝层和内层的合金层构成;合金层由Fe2Al5和FeAl3等Fe-Al金属间化合物组成;Si的添加能有效抑制合金层的生长,Mn与Mg的作用不明显,Zn则加剧了合金层的生长;合金层的生长随时间近似遵循抛物线关系.     

镁合金金属型高铝矾土涂料阻燃性的研究

研究了镁合金金属型高铝矾土涂料的阻燃性。结果表明,合金液和高铝矾土容易在模具浇道处发生化学反应而导致涂料失效,反应产物为Mg2Al3和Mg2Si。阻燃剂可以减弱镁合金液与高铝矾土的反应,涂料的使用时间随着阻燃剂的增加而延长,试验中阻燃剂的最佳加入量为6%。     

TA15钛合金碳钨元素激光表面合金化组织及耐磨性能

针对钛合金耐磨性差的问题,利用WC颗粒与TA15钛合金粉末混合采用激光表面合金化技术在TA15钛合金表面成功制得以溶入W元素的β-Ti为基体、初生及共晶TiC/(TiW)C为增强相的表面改性层。结果表明,改性层由于钨元素与碳元素的添加,显微硬度得到提高,耐磨性能提高了2～3倍。TiC/(TiW)C硬质增强相为提高改性层的耐磨损性发挥了重要作用。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

Gradient complex protective coatings for single-crystal turbine blades of high-heat gas turbine engines

Complex diffusion-condensation protective coatings characterized by gradient distribution of alloying elements over the thickness due to formation of a diffusion barrier layer on the surface of blades followed by deposition of condensation alloyed layers based on the Ni-Co-Cr-Al-Y system and an external layer based on a NiAl alloyed β-phase and a ZrO₂: Y₂O₃ ceramics are presented. A complex gradient coating possessing unique protective properties at t = 1100–1200°C for single-crystal blades from alloy ZhS36VI for advanced gas turbine engines with gas temperature of 1550°C at the inlet to the turbine is described. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 5, pp. 41–48, May, 2007.     

Surface alloying of an Mg alloy subjected to surface mechanical attrition treatment

A 100  200 μm thick Al-enriched surface alloyed layer was formed on an AZ91D Mg alloy subjected to surface mechanical attrition treatment and diffusion coating at temperature as low as 400 °C. Transmission electron microscopy observations indicated the formation of a large volume fraction of pearlite-like lamellar microstructure within the surface alloyed layer, which was identified to be Mg₁₇Al₁₂ precipitates (γ phase) in Mg solid solution matrix. The Al-enriched alloyed layer enhanced the wear resistance of the alloy in comparison with the un-treated AZ91D Mg alloy substrate under the same dry sliding wear condition. Examination of the worn surface indicated that the enhanced wear resistance of the alloyed layer was mainly attributed to the strengthening effect of γ phase.     

The CVD coating of fibers for composite materials

Among the new composite materials, fiber-reinforced metal-matrix composites and ceramic-matrix composites have been given special attention for their potential uses in a variety of fields. A successful fabrication process for a fiber-reinforced composite requires that the fiber be protected, usually by a coating, during fabrication and service. The chemical vapor deposition process is a key technology for fiber coating. A survey of the current fiber coating programs seems to show that current process design in the industry is based on trial-and-error methods. New coating processes are, therefore, developed primarily by experimentation and prior experience. Ultimately, it is hoped that analytical and numerical process simulation will be used to reduce the need for costly trial-and-error process development.