打底层对铝合金表面GLC镀层组织和摩擦学特性的影响

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在铝合金表面分别制备了以Cr和Al为打底层,Cr-C和A1-Cr-C为过渡层的Cr/Cr C/类石墨碳(GLC)和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层,并与无打底层制备GLC镀层对比,系统研究了不同镀层微观结构、膜基结合力及摩擦学性能,结果表明,铝合金基体表面Cr打底层呈柱状晶生长,Cr/C过渡层无柱状晶特征,且随过渡层增厚,富Cr区域减少,实现了成分的梯度变化:A1打底层与铝合金基体间为一个整体,没有明显界面;Al Cr-C过渡层的成分也呈梯度变化;采用不同打底层和过渡层时.GLC层均为非晶态结构.较无打底层制备GLC镀层,Cr/Cr-C/GLC和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层与铝合金基底间的膜基结合力显著增强,以Al为打底层的复合镀层的失效临界载荷最大.磨损实验中,在不同载荷条件下2种复合镀层均具有低的摩擦系数.     

Cr含量对掺铬类石墨镀层摩擦学性能的影响

采用4靶非平衡磁控溅射离子镀技术,在高速钢和硅基体上制备出不同Cr含量的掺铬类石墨镀层,研究了类石墨镀层的显微硬度、摩擦系数和比磨损率,分析了Cr含量对镀层的表面、断面形貌及微观结构的影响.结果表明,随Cr含量的增加,类石墨镀层硬度逐渐降低;摩擦系数和比磨损率先降后升;镀层由非晶逐步变成有择优生长趋势的纳米晶与非晶混合多层结构.当Cr含量在2wt%～10wt%时,镀层表面光滑而结构致密,镀层C、Cr成分均匀分布,硬度为19.8～21.4 GPa,最小的摩擦系数为0.045和最低比磨损率1.32×10-16m3/N·m,具有良好的减摩耐磨性能.     

Cr颗粒尺寸对Ni-Cr复合镀层在酸性溶液中的电化学腐蚀行为影响研究

为了对Cr颗粒尺寸如何影响Ni-Cr复合镀层的电化学腐蚀性能有更深的认识,采用复合电镀技术,通过向普通电镀溶液中分别加入平均粒度约为40nm和1～5μm Cr粉的方法,在Ni基材上制备了2种Cr含量相近的Ni-Cr复合镀层.利用动电位极化及交流阻抗技术对比研究了2种Ni-Cr复合镀层及纯Ni镀层在0.5mol/L NaCl+0.05mol/L H2SO4的酸性溶液中的电化学腐蚀行为.实验结果表明:在0.5mol/L NaCl+0.05mol/L H2SO4溶液中, 与微米Cr分布的Ni-Cr复合镀层相比,Ni-Cr纳米复合镀层独特的结构有利于快速形成稳定而又富Cr保护性钝化膜,使得Ni-Cr纳米复合镀层表现出优异的耐蚀性能.     

真空退火处理对掺Cr类石墨碳膜力学和摩擦学性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了掺Cr类石墨镀层,研究了真空退火温度对镀层的硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率的影响规律,通过X射线衍射(XRD)分析了镀层结构随退火温度的变化.结果表明:随退火温度的升高,镀层有新相生成,镀层的膜基结合强度降低,镀层硬度随温度的升高先增加后降低,退火温度为500℃时,镀层显微硬度最大;随退火温度的升高镀层摩擦系数呈现出先降低后升高的变化趋势,比磨损率逐渐增大.     

磁控溅射法制备CrTiAlCN镀层中主要元素的化学态

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在单晶硅(111)衬底上沉积了CrTiAlCN镀层,研究了不同C靶电流CrTiAlCN物相组成,并分析了镀层中主要元素的化学态.X射线衍射分析表明,当C靶电流Ic从0增大到2.4 A时,镀层由晶态向非晶态转变;X射线光电子能谱分析表明,碳元素主要以C-C-C-Cr和C-Ti键形式存在;N元素是主要以CrN、Cr2N和TiN的形式存在;Cr元素主要以CrN、Cr2N及CrCx的形式存在.     

非平衡度和闭合状态对磁控溅射离子镀过程的影响

利用非平衡磁控溅射离子镀技术于不同磁控管非平衡度和磁场闭合状态下在单晶硅基体上制备出Cr镀层,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了不同生长阶段Cr镀层的微观形貌、表面粗糙度和晶体择优生长趋势的变化。结果表明:磁控管非平衡和磁场闭合状态的改变显著影响着Cr镀层生长过程中的结晶取向、表面粗糙度和致密度。不同非平衡度下,Cr镀层组织为疏松的柱状晶体组织,镀层表面粗糙度随磁控管非衡度的增大而增大。随着磁场闭合程度的增加,Cr镀层组织由疏松的柱状晶体组织,向较致密的柱状晶体再向致密的无明显柱状晶体的组织转化,镀层晶体有沿低能量(110)晶面生长向高能量(200)晶面过渡择优生长的趋势。     

闭合场非平衡磁控溅射离子CrAlTiN镀层在PCB用微钻中的应用

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在PCB微钻上进行复合金属镀层处理,通过与无镀层微钻进行钻削试验对比,结果表明:CrAlTiN镀层微钻使用寿命与无镀层微钻相比,寿命可提高3倍;具有纳米结构的高硬度镀层显著提高了微钻的耐磨性.     

石墨靶电流对类石墨镀层摩擦性能的影响

用非平衡磁控溅射离子镀技术制备含铬类石墨镀层,研究了石墨靶电流对磁控溅射法制备类石墨镀层摩擦性能的影响.通过扫描电镜、原子力显微镜、透射电镜等分析了镀层的表面形貌与组织.结果表明:所制备镀层的硬度随着石墨靶电流的升高而增加;镀层的摩擦系数和比磨损率随靶电流的增大呈现先降后升的趋势;扫描电镜和原子力显微镜图片分析表明镀层表面呈典型的岛团状聚集态,且随着石墨靶电流增大,镀层表面岛团状尺寸变大、镀层表面粗糙度随之增大.用高分辨透射电镜分析显示:靶电流较小时碳层中出现Cr元素富集区,随着石墨靶电流的增大,表面层中的Cr弥散分布.     

离子渗氮对Cr12MoV表面CrNiTiN镀层耐磨性和表面能的影响

在经过离子渗氮(PN)处理的冷作模具钢Cr12MoV基体上,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀法制备CrNiTiN镀层,与未渗氮的试样进行了膜/基结合力、耐磨性和表面能的对比。研究表明,CrNiTiN膜层具有较低的表面能,但是膜层和基体的结合力较差。Cr12MoV钢经离子氮化后,CrNiTiN膜层与氮化层间结合紧密,提高了膜与基体的承载能力;离子氮化处理使膜层的摩擦系数和磨损率明显降低;离子氮化会提高CrNiTiN膜层总表面能,但不会影响表面的抗粘性能。     

Al、Ti共掺杂CrN基镀层的结构调变和摩擦学性能

利用闭合场非平衡磁控溅射技术在高速钢基体上制备具有不同结构的CrAlTiN镀层,采用XRD、SEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析,并测试了其力学性能和摩擦学性能。结果表明:与传统的硬质镀层CrN、TiN相比,掺杂Al和Ti元素后的四元CrAlTiN镀层,无论形成多层结构,还是共沉积复合结构,都具有良好的力学性能和低的摩擦系数以及高耐磨损性能。     

非晶态Cr-C合金镀层制备及其耐腐蚀性

以酒石酸为添加剂,采用电沉积法制备了非晶态Cr-C合金镀层。用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪对镀层结构、形貌及成分进行表征,并对镀层进行电化学耐腐蚀性测试。结果表明,当酒石酸加入量为40g/L时,镀层的X射线衍射图出现非晶态的特征峰,镀层表面平整、致密,无裂纹和针孔,与普通晶态Cr镀层相比,非晶态Cr-C合金镀层具有更优良的耐腐蚀性能。     

PEMFC不锈钢双极板表面改性用Cr-C薄膜的成分设计与制备

目的根据质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)不锈钢双极板的表面镀膜改性要求,探索改性薄膜成分对性能的影响规律,并提供一种行之有效的薄膜成分设计方法。方法首先应用团簇加连接原子结构模型,结合电子轨道饱和原则,理论上设计出Cr-C二元材料体系的最佳团簇式和最佳成分,再利用电弧离子镀技术在316L不锈钢双极板上制备出一系列不同成分的CrxC1-x薄膜,对薄膜的成分、结构及性能进行表征和分析。结果设计所得Cr-C材料体系的最佳团簇式为[Cr-C4]CrC3,对应的最佳原子比成分为Cr0.22C0.78。所制备的CrxC1-x薄膜的成分系数x在0.05~0.23之间变化,薄膜的导电性和耐蚀性能随着成分x的增加,呈明显增加趋势。其中Cr0.23C0.77薄膜的综合性能最好:在1.2MPa压紧力下,接触电阻为2.8 mΩ·cm^2;在模拟腐蚀环境下,腐蚀电流密度仅为9.1×10-2μA/cm^2。该性能已优于美国能源部DOE的标准指标要求。结论Cr-C改性薄膜的成分对导电性能和耐蚀性能有着重要的影响。由于实验制备的性能最佳的薄膜成分Cr0.23C0.77与基于团簇加连接原子模型设计薄膜的最佳成分Cr0.22C0.78基本相同,从而证实了依据此模型进行双极板改性薄膜成分设计是行之有效的。     

Microstructure and Electrochemical Properties of CoCrCuFeNiNb High-Entropy Alloys Coatings

The CoCrCuFeNiNb high-entropy alloys coatings were prepared by using plasma-transferred arc cladding process. The microstructure and electrochemical behaviors of the coating were investigated in detail. The experimental results indicated that the coating consists of a simple fcc solid solution phase and an order（Co Cr）Nb-type Laves phase. The polarization curves, obtained in 1 and 6 mol/L hydrochloric acid solutions, clearly indicated that the general corrosion resistance of the coating at ambient temperature was better than that of 304 stainless steel. The coating displayed a lower corrosion current and lower corrosion rate. Electrochemical impedance spectroscopy demonstrated that the impedance of the coating was significantly higher than that of the 304 stainless steel.     

超音速火焰喷涂FeCrSiB涂层的腐蚀行为

采用超音速火焰(high velocity oxygen fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备了FeCrSiB合金涂层.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学工作站等设备对涂层的显微组织结构和耐腐蚀性进行了研究.结果表明,采用HVOF喷涂技术制备的FeCrSiB涂层结构致密,孔隙率为0.65%,与基体结合良好.FeCrSiB涂层在3.5%NaCl溶液、1 mol/L HCl溶液和1 mol/L NaOH溶液中都经历了活性溶解-钝化-过钝化的过程,且该涂层在3.5%NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中的耐腐蚀性能要优于镀铬层,在1 mol/L NaOH溶液中的耐腐蚀性能低于镀铬层.     

冷喷涂辅助原位合成CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层的组织性能研究

目的 为了提升普通金属材料的表面性能,提出了一种在普通金属材料表面制备性能较好的CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层的技术工艺.方法 采用Cu、Fe、Cr、Al、Ni、Ti六种金属单质粉末为原料,经过2 h机械混合后,使用低压冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层,再经感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD),对混合金属涂层和原位合成CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层的微观组织和相结构进行观察分析,并对原位合成CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层的硬度、摩擦性能及耐腐蚀性能进行检测分析.结果 原位合成CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层组织致密、元素分散均匀;涂层结构是简单的固溶体结构BCC相和FCC相.涂层的综合性能良好,硬度可达543.4HV,与Al2O3的干摩擦因数为0.428,是45#基体与Al2O3的干摩擦因数的61.6％,且较基体有更好的耐氯盐腐蚀性能,并在1 mol/L的NaCl溶液和0.5 mol/L的H2SO4溶液中电化学腐蚀后,涂层中都不会形成腐蚀产物.结论 使用冷喷涂辅助原位合成的CuFeCrAlNiTi高熵合金涂层具有相对较高的硬度、较好的摩擦性能以及耐氯盐腐蚀性能.     

Titania nanostructured coating for corrosion mitigation of stainless steel

Anatase nanostructured coating has been prepared on 316 L stainless steel by sol-gel dip coating. The topography of the coatings surface has been analyzed using atomic force microscopy. The anticorrosion performance of the coatings has been evaluated using polarization curves. Effects of calcination temperature, withdrawal speed and times of coating on corrosion protection have been studied. The results showed calcination temperature of 400°C and withdrawal speed of 10 cm/min are desirable conditions to achieve high corrosion protection of 316 L stainless steel in chloride containing environments. Coatings with 3 times exhibit better resistance against corrosion in 0.5 molar NaCl solutions. This protection against corrosion arises from photocatalytic properties of anatase nanoparticles.     

Role of nickel undercoat and reduction-flame heating on the mechanical properties of Cr-C deposit electroplated from a trivalent chromium based bath

In this study, a surface hardening method for Cr-C deposits using flame heating for a short period is proposed. The hardness and wear resistance behavior of as-plated and flame-heated Cr-C deposits were investigated. The Cr-C deposits were electroplated on high carbon tool steel in a bath with trivalent chromium ions. Experimental results show that Cr-C deposits with an extremely high hardness of ca. 1700 Hv can be achieved after reduction-flame heating for 1 s. Meanwhile, the wear resistance of Cr-C deposited steel was improved after flame heating. To increase the wear resistance and bonding strength of the Cr-C deposited specimen, pre-electrodeposition of a thin Ni deposit between the Cr-C deposit and the steel substrate is recommended. A Ni undercoat with a thickness of few micrometers could reduce the crack density in the Cr-C deposit and increase the bonding strength between the Cr-C deposit and the steel substrate. As determined by a microstructure study, the as-plated Cr-C deposit has an amorphous structure, but transforms to a crystalline structure after flame heating. The main hardening mechanism is a result of the precipitation of nanograined diamond membranes, which can be extracted by immersing the flame-hardened Cr-C deposit in an etching solution comprised of 33 vol.% HNO₃ and 67 vol.% HCl.     

超音速火焰喷涂WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr涂层在不同介质中摩擦行为研究

为了研究硬面涂层在不同介质中的摩擦行为，以WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr硬面材料为原料，采用超音速火焰喷涂制备得到了三种不同成分的硬面涂层。通过显微硬度计、摩擦磨损仪和扫描电镜等对涂层性能分析，结果表明，涂层中的孔隙率和粘结相的含量密切相关，当粘结相含量为12wt.%（Co）时，其孔隙度为1.11%；粘结相含量为14wt.%（CoCr）时，其孔隙度为0.98%；粘结相含量为25wt.%（NiCr）时，其孔隙度降低为0.92%。空气中，WC-10Co4Cr的硬度最高，其摩擦系数最小；Cr3C2-25NiCr的硬度最小，其摩擦系数最大。1mol/L HCl的环境中，NiCr的耐腐蚀性能最好，使Cr3C2-25NiCr涂层的摩擦系数稳定；而纯Co和CoCr的耐腐蚀性能较差，使WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的摩擦系数呈现出波浪状的变化规律。1mol/L NaOH的环境的摩擦过程中，硬质相的腐蚀会使涂层表面的硬度下降，使摩擦系数增加。     

1Cr18Ni9Ti 不锈钢表面电火花熔覆 WC 涂层特性研究

目的研究1Cr18Ni9Ti不锈钢经电火花强化后,WC涂层的显微组织和性能。方法采用电火花熔覆技术在不锈钢1Cr18Ni9Ti基体表面制备WC熔覆层,并分析熔覆层的表面形貌、显微组织、显微硬度、耐磨性,采用线性极化法研究熔覆层在3.5%(质量分数)Na Cl腐蚀溶液中的耐腐蚀性能。结果熔覆层组织均匀、连续、致密,与基体呈冶金结合。显微硬度最大值达到1680HV0.3,平均值为1336HV0.3,比不锈钢基材提高了4倍,耐磨性是不锈钢基材的4倍。在3.5%Na Cl腐蚀溶液中,熔覆层的自腐蚀电位较不锈钢减小了约165 m V,击破电位低于不锈钢基材,维钝电流密度高于不锈钢基材。结论熔覆层具有高硬度和高耐磨性能,磨损机理主要是粘着磨损和磨粒磨损,但在3.5%Na Cl腐蚀体系中,耐腐蚀性能低于1Cr18Ni9Ti不锈钢。     

Microstructure and properties of AC-HVAF sprayed Ni60/WC composite coating

A Ni60/WC coating was deposited on 0Cr13Ni5Mo stainless steel substrate by the actived combustion-high velocity air fuel (AC-HVAF) technique. The structure and morphologies of the Ni60/WC coating were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), and the wear resistance and corrosion resistance were studied. The results showed that the AC-HVAF spraying was seen as the pre-eminent process for the deposition of Ni60/WC coating. Due to low particle heating and high particle velocity in the HVAF process, WC phase remain almost unchanged after spraying. The tribological behaviors were evaluated by using a HT-600 wear test rig. Under the same conditions, the worn volume of 0Cr13Ni5Mo stainless steel was 10.43 times more than that of the coating. The wear mechanism was mainly fatigue wear. A series of the electrochemical tests was carried out in a 3.5 wt.% NaCl solution in order to examine the corrosion behavior. Mechanisms for corrosion resistance were discussed.