TC4钛合金表面WSi_2/W_5Si_3复合涂层制备及性能研究

利用磁控溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及热扩散渗硅方法在TC4钛合金表面制备WSi_2/W5Si_3复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对复合涂层的结构、组织形貌以及微区化学成分进行分析;对复合涂层显微硬度、附着力以及耐磨性进行测试。结果表明:WSi_2/W5Si_3复合涂层的WSi_2层和W_5Si_3层厚度分别为20、56μm,显微硬度平均值分别为10.70和8.32 GPa; WSi_2/W_5Si_3复合涂层与基体结合力为171.6 N; WSi_2/W5Si_3复合涂层表面摩擦因数为0.75,磨损率为1.184×10~(-6)mm~3·mm~(-1)。在TC4钛合金表面制备的WSi_2/W_5Si_3复合涂层结构均匀致密,与基体结合良好。     

基底表面预氧化对SiO2/S复合涂层的影响

为了减缓乙烯裂解炉管内表面的结焦,采用常压化学气相沉积方法,以二甲基二硫(DMDS)和正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,在预氧化的HP40合金试样上制备了SiO2/S复合涂层.分析了沉积温度、气体流速和沉积时间对涂层沉积速率的影响.利用扫描电镜、XPS和Raman光谱分别对涂层的形貌、成分和化学结构进行了表征,并对预氧化试样与涂层的结合进行了实验研究.结果表明,涂层主要由三节环Si-O-Si结构和Si-O-S结构组成,预氧化的试样涂层沉积速率是未氧化试样的2～3倍,试样氧化后涂层的抗热冲击性能和结合强度得到了提高.     

镁合金表面沉积铜钨复合涂层工艺及涂层性能研究

目的提高镁合金表面的耐蚀耐磨性。方法采用冷喷涂与化学气相沉积(CVD)相结合的方法在镁合金表面制备出Cu/W复合涂层,并对复合涂层的结构、成分、组织形貌、耐磨性、耐蚀性、结合力进行分析。结果镁合金基体沉积Cu/W复合涂层后,表面硬度提高了687.1HV,磨损率从0.032%降到0.020%,腐蚀电位正移了1.3 V,临界载荷相比直接化学气相沉积W涂层提高了120.5 N。结论Cu/W复合涂层显著提高了镁基体的耐磨、耐蚀性,涂层与基体结合力较高。     

CVD沉积MoS_2/Y复合涂层及其摩擦磨损性能研究

采用化学气相沉积法(CVD)制备了MoS_2/Y复合润滑涂层,利用X射线衍射仪、X射线能谱仪、扫描电子显微镜及拉曼光谱等对复合涂层的成分、结构与表面物性进行分析。采用通过Rtec-MFT型多功能摩擦磨损试验机在大气(相对湿度75%~80%)和室温(22~24℃)环境下评价复合涂层的摩擦磨损性能。结果表明,MoS_2/Y复合涂层结构致密,具有较好抗氧化性,其耐磨寿命和摩擦稳定性较单一CVD-MoS_2涂层均有显著提高,而且摩擦系数更低。     

超音速激光沉积制备7075/Al2O3复合涂层的显微组织及性能研究

超音速激光沉积是将超音速冷喷涂和激光辐照加热有机结合的一种新型复合材料表面处理技术,具有可制备硬质金属复合涂层、沉积效率高等优点。本工作利用超音速激光沉积技术在7B04铝合金基体上制备硬质铝合金7075与陶瓷颗粒Al₂O₃的复合涂层,系统研究激光功率对涂层的沉积特性和力学性能的影响规律。采用场发射电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计等仪器,对涂层的显微组织、相成分和显微硬度进行表征分析,结果表明：随着激光功率的增加,涂层的厚度、致密度、沉积效率、硬度以及涂层中Al₂O₃颗粒的分散性和相对沉积效率逐渐增加。当激光功率为600 W时,涂层的沉积厚度达1543μm,孔隙率为0.05%,涂层中Al₂O₃粉末颗粒的相对沉积效率达到峰值65%,HV硬度达到1911 MPa。当激光功率提升至900 W时,涂层的厚度、沉积效率增速放缓,孔隙率显著增加,涂层发生氧化相变,Al₂O₃粉末的相...     

等离子喷涂FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层制备及性能研究

目的 提高风机等机械设备关键部件的耐磨损性能,延长设备的使用寿命。方法 以304不锈钢为基体,利用等离子喷涂技术,制备FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层。采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计,分别对涂层的微观组织、物相、显微硬度进行表征。利用摩擦磨损试验机,对FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损性能进行研究,并分析其磨损机理。结果 FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层表面均由致密光滑区域和较为疏松的半熔融颗粒等组成,涂层与基体结合得较为紧密,界面处无明显裂纹,结合强度较高,2种涂层的结合强度分别为69.5、69.1 MPa。FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的显微硬度相当,分别为823.3HV0.1、810.8HV0.1。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损体积为0.11 mm³,与FeCrBC涂层相比,复合涂层的磨损率减小了38.1%,具有良好的耐磨损性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 复合涂层中TiB2与FeCrBC相和NiAl相的润湿性良好,结合紧密。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层因其存在均匀分布的TiB2、(Fe, Cr)2(B, C)、(Fe, Cr)3(B, C)等硬质相,显著提高了涂层的耐磨性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层可以有效提高基体的耐磨损性能,具有良好的应用前景。     

等离子喷涂 NiCr / Cr3 C2 -hBN 复合涂层的制备及摩擦性能研究

目的加入h BN作为固体润滑剂,提高Ni Cr/Cr3C2复合涂层的摩擦性能。方法采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备Ni Cr/Cr3C2-10%h BN复合粉体,再采用等离子喷涂技术制备复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和高温摩擦磨损试验等手段研究粉体和涂层的显微结构、物相组成以及室温至800℃的摩擦磨损性能,探讨Ni Cr/Cr3C2-10%h BN复合涂层在室温和400,800℃下的磨损机理。结果等离子喷涂Ni Cr/Cr3C2-10%h BN复合涂层呈典型的层状结构,涂层结合强度可达24 MPa,孔隙率为(8.47±0.5)%。涂层的摩擦系数和磨损率均随着温度的升高而先升高,后逐渐降低,400℃时最高,分别约为0.59和9.2×10-4mm3/(N·m),800℃时分别降至0.45和4.1×10-4mm3/(N·m)。高温下,h BN润滑膜和金属氧化物的形成是摩擦系数和磨损率降低的主要原因。室温下涂层的主要磨损机制是脆性断裂;400℃时,涂层的主要磨损机制是脆性断裂、塑形变形和轻微粘着磨损;800℃时,涂层的主要磨损机制是塑性变形、氧化、粘着磨损和涂层转移至对偶件。结论等离子喷涂Ni Cr/Cr3C2-10%h BN复合涂层在室温和高温下的润滑性能较好。     

大气等离子喷涂NiCr/Cr3C2复合涂层的性能

采用化工冶金包覆、固相合金化和喷雾造粒技术制备了NiCr/Cr₃C₂复合粉体,并采用大气等离子喷涂技术制备了NiCr/Cr₃C₂复合涂层,采用SEM、显微硬度计、万能试验机和马弗炉对粉体和涂层的显微结构、涂层的显微硬度、结合强度和氧化性能进行了分析。结果显示:NiCr/Cr₃C₂涂层呈典型的层状结构,各层间结合良好,结合强度为(27.4±5) MPa,涂层显微硬度约850 HV0.2,为结合层显微硬度的2.7倍,涂层为典型的脆性断裂,断裂的位置发生在涂层的层与层之间。NiCr/Cr₃C₂涂层850 ℃氧化动力学曲线基本符合抛物线氧化规律。在氧化过程中涂层表面生产了氧化膜,且氧化膜会发生脱落,同时涂层内部出现了偏析现象,析出了金属Cr。     

纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的制备及性能研究

目的制备纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层并对比分析结合强度、显微硬度、孔隙率,为利用热喷涂技术治理易损部件提供有效手段。方法运用自主研发的造粒系统,成功对高活性的纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂粉体实施团聚造粒。使用高速火焰喷涂方法,在结构材料表面制备出了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层。测试了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的基本性能,包括结合强度、显微硬度、孔隙率。结果纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂材料的粒径由原始的50 nm团聚到最终的114~178μm,团聚后的纳米颗粒呈圆形或椭圆形,各成分比例保持原始比例,团聚颗粒内部仍然保持纳米粉体状态。纳米Fe-Al/Cr_3C_2表面及截面元素分布均匀、致密,纳米涂层的孔隙率、硬度和结合强度分别是微米涂层的0.25倍、1.39倍和2.43倍。结论团聚后的纳米Fe-Al/Cr_3C_2颗粒满足热喷涂材料的相关要求,纳米Fe-Al/Cr_3C_2比微米涂层具有更精细的涂层结构和更优异的基本性能。     

生物医用金属钽涂层制备及性能

本研究采用常压化学气相沉积技术在平面和多孔钛合金基体上制备了金属钽涂层。反应原料为化学纯的五氯化钽,以高纯氢气作为还原气体及载气,将蒸发后的五氯化钽输送到高温沉积区,通过还原反应生成金属钽,并沉积在钛合金表面。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和摩擦磨损试验机等设备对涂层进行表征。结果表明,钽涂层不仅可以沉积在平面钛合金表面,还可以沉积在多孔基体的外表面及内表面,而氢气流量和沉积温度均显著影响钽涂层的表面形貌及性能。经过实验参数的优化,钽涂层与钛合金基体有较佳的结合力,满足植入条件的要求。本研究结合了钛合金相对低廉的成本和金属钽优异的生物特性,为多孔钽在医疗领域的广泛应用提供了支持。     

光学级金刚石自支撑膜及其镀制Y2O3增透膜后的高温抗氧化性

为了提高金刚石膜的红外透过率和高温抗氧化性能,采用纯钇(Y)金属靶,使用直流反应磁控溅射法在光学级金刚石自支撑膜表面制备了Y2O3薄膜.对比研究了光学级金刚石自支撑膜和Y2O3/Diamond/Y2O3复合窗口的高温抗氧化性能,及氧化前后样品表面形貌和红外透过率的变化情况.热分析、扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱仪的研究结果表明Y2O3薄膜对光学级金刚石膜有非常好的抗氧化防护性能,在高达950℃的温度暴露30s后对光学级金刚石膜表面没有造成明显损伤,且仍能保持良好的增透效果(透过率超过80%).     

ZnS衬底表面制备HfO2增透保护膜的性能

用射频磁控溅射法在CVD ZnS衬底上制备了HfO2薄膜,利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和纳米力学探针对HfO2薄膜的结构和性能进行了分析和测试。结果表明,制备的HfO2为单斜相,膜层致密、表面平整、粗糙度仅为3.0 nm,硬度(7.3 GPa)显著高于衬底ZnS的硬度(2.6 GPa)。采用ZnO薄膜作过渡层,可有效提高HfO2与ZnS衬底的结合强度。单面镀制HfO2薄膜后,ZnS衬底在8-12μm长波红外波段的透过率最高可达81.5%,较之ZnS基体提高了5.8%,双面镀制HfO2薄膜后透过率最高可达90.5%,较之ZnS基体提高了14.8%,与理论计算结果吻合较好,适合作为ZnS窗口的增透保护膜。     

电火花沉积Invar/非晶复合涂层的组织与性能

采用电火花沉积技术在45Mn2钢基材表面沉积了Invar、Invar/非晶及Invar/非晶/Invar涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、摩擦磨损试验仪和电化学工作站等分析了沉积层的组织结构、摩擦磨损和电化学腐蚀性能。结果表明,制备的涂层致密、均匀,与基材呈冶金结合。采用Invar合金打底,获得了约60 μm厚度的无显著裂纹Invar/非晶/Invar涂层。Invar涂层为FCC固溶体结构,Invar/非晶和Invar/非晶/Invar涂层为非晶/固溶体复相结构。Invar、Invar/非晶和Invar/非晶/Invar沉积层的平均硬度分别为176.6、 757.7和772.8 HV0.1,摩擦因数分别为0.44、0.21和0.19。提高沉积层非晶含量可提高硬度,降低摩擦因数,提高耐磨性。沉积层在3.5%NaCl溶液中没有明显的钝化现象,Invar、Invar/非晶及Invar/非晶/Invar涂层的自腐蚀电位分别为-0.74、 -0.54、-0.34和-0.31 V,自腐蚀电流密度分别为7.08、5.15、3.78和3.11 μA·cm^-2。电火花沉积的Invar/非晶/Invar涂层致密、均匀、无裂纹,可极大提高45Mn2钢基体表面的耐磨及耐蚀性能。     

石墨表面化学气相沉积SiC及C涂层的制备

以C3H8和CH3SiCl3（MTS）为先驱体原料,用化学气相沉积法在石墨基体表面分别制备了C涂层、SiC涂层。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析了两种涂层的成分和表面微观形貌,研究了温度和气体流量对涂层微观形貌的影响。结果表明,当C3H8＋N2流量为140 L/h,沉积温度为1300℃时,石墨基体表面可获得致密度较高的C涂层,而且涂层比较平整、均匀,而流量为160 L/h时涂层比较粗糙。当MTS＋H2流量为60 L/h、沉积温度1100℃时在石墨基体表面可以形成致密的SiC涂层,1300℃时生长的SiC晶体形貌发生改变,涂层厚度增加,表面有较多圆形凸起。当MTS-H2气体流量增大可使SiC涂层晶粒尺寸增大,但大流量易产生涂层剥落。采用C和SiC共沉积涂层作过渡层,涂层与石墨基体界面结合增强;SiC涂层与石墨基体之间存在厚度较大的过渡区域,过渡区域平均厚度约2μm。     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

MoSi_2含量对MoSi_2/Al_2O_3复合涂层介电与力学性能的影响(英文)

通过喷雾干燥法制备MoSi2包覆Al2O3的壳核结构混合粉,利用该混合粉以等离子喷涂技术制备MoSi2/Al2O3复合涂层材料。研究MoSi2/Al2O3质量比涂层材料的力学和介电性能的影响。结果表明:随着MoSi2含量从0增加到45%,复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别从198MPa和3.05MPa·m1/2增加到324MPa和4.82MPa·m1/2,随后又降到310MPa和4.67MPa·m1/2。在8.2-12.4GHz微波频率波段内,随着MoSi2含量的增加,复合材料的介电损耗增加,而介电常数的实部却呈减小趋势。这主要是由于MoSi2颗粒熔化后的凝聚及导电网络结构的形成导致电导率的增加引起的。     

缠绕钨丝CVD钨管的组织及性能

为了提高CVD钨的强度和韧性,采用自制化学气相沉积装置,以WF6和H2为反应气体,在化学气相沉积钨过程中周期性地在基体上缠绕钨丝,沉积制备了钨丝-CVD钨复合材料。使用金相显微镜和扫描电镜(SEM)分别对沉积制备的钨丝-CVD钨复合材料涂层的显微组织和断口形貌进行观察和分析,使用X射线衍射仪(XRD)、电子能谱仪、密度测量仪、显微硬度仪和万能材料试验机分别测试分析了涂层的结构、成分、密度、显微硬度及压溃强度。结果表明:与不缠钨丝的CVD钨管相比,缠绕钨丝的CVD钨管中CVD钨晶粒得到了细化,择优取向基本消失;钨丝-CVD钨复合材料涂层具有较高纯度和致密度;钨丝-CVD钨管的压溃强度显著提高,断口形貌发生了明显的变化。     

Tribological properties of Cr- and Ti-doped MoS2 composite coatings under different humidity atmosphere

Solid-lubricant MoS₂ coatings have been successfully applied in high vacuum and aerospace environments. However, these coatings are very sensitive to water vapor and not suitable for applications in moist environments. In this work, Cr- and T-doped MoS₂ composite coatings were developed. The results demonstrated that these composite coatings are promising for applications in high humidity environments.MoS₂-Cr and MoS₂-Ti composite coatings with different Cr or Ti content were deposited on high speed steel substrate by unbalanced magnetron sputtering. The composition, microstructure, and mechanical properties of the as-deposited MoS₂-metal composite coatings were analyzed by energy dispersive analysis of X-ray (EDX), X-ray diffraction (XRD), and nanoindentation experiments. The tribological properties of the coatings were evaluated against an alumina ball under different relative humidity atmosphere using a ball-on-disc tribometer. The MoS₂-Cr and MoS₂-Ti coatings showed a maximum hardness of 7.5 GPa and 8.4 GPa at a dopant content of 16.6 at.% Cr or 20.2 at.% Ti, respectively. The tribological test results showed that, with a small amount of Cr and/or Ti doping, the tribological properties of MoS₂ coatings under humid atmosphere could be significantly improved. The optimum doping level was found to be around 10 at.% for both MoS₂-Cr coatings and MoS₂-Ti coatings to show the best tribological properties, with both the lowest friction coefficient and wear rate. The excellent tribological properties of the MoS₂-Cr and MoS₂-Ti coatings with an appropriate metal doping level in moist atmosphere are found due to their ability to form stable transfer layer on the surface of the counterbody, which supplies lubrication for the contact surface.     

原位生长碳纳米管对化学气相沉积SiC涂层的影响

以碳/碳复合材料为基体,MTS为先驱体原料,采用化学气相沉积法在复合材料表面制备CNT-SiC/SiC复合涂层;研究原位生长的碳纳米管(CNTs)对SiC沉积速度和微观形貌的影响。结果表明:CNTs加快SiC的沉积,涂层的平均质量增加速率提高5%,提高沉积的均匀性,且晶粒更细小;经1 100℃恒温氧化10 h后,单一SiC涂层、CNT-SiC/SiC涂层的质量损失率分别为41.11%和34.32%;经(1 100℃,3 min)(室温,3 min)热循环15次后,单一SiC涂层和CNT-SiC/SiC涂层的质量损失率分别为33.17%和30.25%,部分区域涂层脱落及涂层表面形成的气孔是涂层试样质量损失的主要原因。     

Development of moderate temperature CVD Al2O3 coatings

Chemically vapor deposited Al₂O₃ coatings, due to their high hardness and chemical inertness, are currently the state of art in the cutting tool industry. The conventional high deposition temperature of about 1050 °C for Al₂O₃ coatings, based on the water–gas shift process, has to a great extend restricted the development of several hybrid coatings, such as TiC/TiN/TiCN/Al₂O₃. To overcome this limitation, alternate systems to deposit Al₂O₃ at moderate temperatures have been investigated. Systems using NO–H₂, H₂O₂, NO₂–H₂ and HCOOH were identified and thermodynamic calculations were performed to evaluate them as potential sources of oxygen donors to form Al₂O₃ in the moderate temperature range of 700–950 °C. Preliminary results have clearly demonstrated that it is possible to grow moderate temperature alumina (using such alternate sources) on the TiC/TiN coated cemented carbide substrates.