搪瓷涂层对316L不锈钢表面润湿性的研究

为进一步降低316L不锈钢在核反应堆中使用过程中氢和氢同位素渗透所导致的危害，欲通过制备致密的与基体结合良好的搪瓷涂层进行保护，介绍了涂层的制备过程。涂层的质量及其保护效应与涂层高温熔体对基体的润湿性能有密切的关系，本试验通过不同方式往搪瓷釉浆中加入一定量的低表面能氧化物A，结果表明涂层高温熔体对不锈钢基体的润湿性能得到不同程度的改善，且作为玻璃组份直接加入比后续磨加的效果要好。     

致密化处理对冷喷涂NiAl涂层的高温氧化行为的影响

通过机械合金化及冷喷涂在镍基高温合金(IN738)基体上制备Ni/Al复合涂层。在保护气氛Ar中热扩散制备NiAl金属间化合物涂层。为了研究致密化对NiAl涂层的抗氧化性能的影响,对NiAl金属间化合物涂层及经过喷丸工艺和在1080℃下10h的热处理获得的NiAl致密化涂层进行了等温氧化试验。将试样在1020℃下分别进行1h、10h和200h的氧化,采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了高温氧化后涂层的组织结构。结果表明,NiAl涂层高温氧化过程中涂层表面氧化膜剥落情况比较严重,1020℃高温氧化10h时有明显的氧化膜剥落现象,但涂层内部氧化随高温氧化的时间变化不大。致密化处理后NiAl涂层没有发生明显的氧化,并表现出了很好的抗氧化性能,在1020℃高温氧化200h后,涂层内部仍然没有发生明显的氧化。     

钛材用铝基耐高温涂层的防氧化性能研究

通过制备一种钛材铝基耐高温防氧化涂层以防止铸锭开坯过程中由于高温加热所造成的钛的损失以及氧化引起的表面缺陷,进而保护钛材;研究了涂层厚度和加热时间对涂层防氧化性能的影响。结果表明:由于该氧化保护涂层的主要组成是片状的金属铝粉末,一方面铝在加热过程中会与空气中的氧反应生成致密氧化层Al2O3,可有效地阻止氧的渗透;另一方面在高温加热过程中,铝和钛及钛合金可以发生反应,生成具有优良抗氧化性的TixAly相,能有效阻止钛的硬氧化层的形成从而起到保护基体的作用。在1 050℃恒温8 h条件下,涂层厚度在50150μm之间变化对涂层的抗氧化性能没有影响,随加热时间延长至16 h时,其抗氧化能力减弱。     

钛基体上氧化铝膜层的耐高温和耐腐蚀性能研究

钛材高温氧化严重,为了提高其使用性能,采用溶胶-凝胶法在钛合金材料表面制备了耐腐蚀性能优良的三氧化二铝膜层.通过700 ℃下氧化增重的测量、扫描电镜对涂层高温氧化前后表面形貌的观察以及其在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线测量表明,带涂层的试样在700 ℃、20 h的增重仅有0.028 0 mg/cm2,无涂层的试样增重为1.005 2 mg/cm2;带涂层的试样ΔE=1 203.5 mV,裸露钛合金试样的ΔE=154.6 mV.在钛合金材料表面制备的氧化铝溶胶-凝胶膜层具有提高钛合金材料表面抗高温氧化和耐腐蚀性能的特点.     

TC4合金微弧氧化涂层的组织结构与高温氧化行为研究

为了提高TC4合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化方法在NaAlO₂+Na₃PO₄电解液体系中,于钛合金表面制备抗氧化陶瓷涂层。通过XRD、SEM、EDS等方法,表征涂层的相组成和微观结构,用纳米压痕仪测试涂层硬度与弹性模量,并研究了微弧氧化涂层的抗高温氧化及抗热震性能。结果表明：微弧氧化涂层表面多孔,涂层以Al₂TiO₅和金红石型TiO₂相为主。微弧氧化涂层的纳米硬度为(7.8±0.6) GPa,显著高于TC4合金[(4.0±0.2) GPa]。微弧氧化涂层在700℃循环氧化80 h后,单位面积增重仅0.73 mg/cm²,远小于TC4合金的增重(20 mg/cm²),表现出良好的高温抗氧化性能。经700℃热冲击25次后,涂层未出现剥落现象,展现出良好的抗热震性能。由此可见,微弧氧化涂层能有效阻止氧的扩散,显著降低了钛合金基体的氧化速率,改善了钛合金的抗高温氧化性能。     

偏压梯度TiAlN涂层高温氧化与抗高温粒子冲蚀性能

采用连续偏压的沉积工艺与磁过滤阴极真空弧技术在TC4钛合金表面成功制备偏压梯度TiAlN涂层，对涂层的高温氧化性能与抗高温粒子冲蚀性能分别进行了考核，并对考核前后涂层的表面形貌、成分、相结构变化，以及冲蚀损伤特征进行了测试与表征。结果表明，400℃高温氧化后偏压梯度TiAlN涂层表面颜色加深，且保持完整平滑，无明显损伤；偏压涂层表面氧原子分数为20.9%,质量增加为0.81μg/mm²,偏压涂层结构更加致密，抑制氧元素向内扩展，抗氧化性能较bias-50 TiAlN涂层更佳。400℃下高温粒子冲蚀条件下，偏压梯度TiAlN涂层在30°与90°冲蚀角度下的冲蚀率分别为0.26 mg/g、0.24 mg/g,低于bias-50 TiAlN涂层，表现出更加优异的抗高温粒子冲蚀性能；在400℃条件下，钛合金基体与TiAlN涂层未发生明显的氧化损伤，高温粒子冲蚀损伤均为冲蚀主导机制。     

玻璃基高温防氧化涂料的研究

为了减少金属材料在热处理过程中高温氧化所造成的损失,针对H13钢研制了一种耐高温玻璃基保护涂层.高温氧化试验表明,在800～1100℃下,该玻璃基涂料对H13钢具有良好的防护效果,并对该涂层的防护机理进行了探讨.     

铬含量对铁基涂层抗高温氧化性能的影响

采用电弧喷涂技术制备四种铁基抗高温氧化涂层.将涂层加热到800℃进行240h高温氧化实验.采用扫描电镜、X射线衍射仪对涂层氧化产物的形貌、成分和相组成进行分析.结果表明:铬含量对铁基合金涂层的抗高温氧化性能有显著的影响,当铬含量大于40%(质量分数,下同)时,涂层表面生成了连续的Cr2O3保护膜,涂层具有良好的抗高温氧化性能.铬含量(<30%)较低的涂层,涂层表面只能生成少量尖晶石结构的氧化物FeCr2O4,对基体有一定的保护,但其氧化产物大部分是Fe2O3,组织结构疏松,容易脱落,保护性能较差.     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。     

表面处理技术对钛合金疲劳性能影响的研究进展

针对钛合金表面硬度较低、耐磨性较差、易高温氧化等缺陷,选择适当的表面处理技术能够使其得以改善。由于钛合金对疲劳性能十分敏感,在表面处理过后,对其疲劳性能有较大影响。因而本文归纳了钛合金表面处理的多种方法,如电镀、化学镀、热喷涂、激光处理、阳极氧化、微弧氧化、物理气相沉积技术等。根据钛合金疲劳断裂现状及表面改性技术的特点,讨论了表面技术的应用、材料的选择和结构的设计对钛合金基体疲劳性能的影响。分析并总结了涂层在疲劳断裂过程起到的作用及影响疲劳性能的的主要原因,展望了未来钛合金表面改性方法、涂层材料及结构的研究趋势。以期为制备高强度、耐摩擦磨损和提升钛合金基体疲劳性能的表面改性涂层提供参考。     

高温氧化对钛合金微弧氧化陶瓷膜组成与结构的影响

针对钛合金不耐高温氧化的问题,在铝酸钠电解液体系中,利用双相脉冲直流微弧氧化技术,在TC4钛合金表面原位生长以Al2TiO5为主晶相的复合氧化物陶瓷膜,研究了1000℃高温氧化对陶瓷膜试样的相组成、结构的影响及膜层增重特点.研究表明,陶瓷膜层试样的高温氧化过程包括Al2TiO5分解、基体氧化和膜层表面形貌变化3个方面.高温氧化后,膜层的主晶相由Al2TiO5变为α-Al2O3和金红石型TiO2,同时,膜层的表面形貌发生显著的变化;由于膜层和基体的热膨胀系数不同和基体钛的氧化,使得高温氧化后膜层在冷却过程中表面出现裂纹和脱壳.陶瓷膜层极大地减少了TC4钛合金在1000℃高温氧化时的增重,因此,陶瓷膜层可用于TC4钛合金的恒温氧化防护.     

Self-lubricating CrAlVN coatings for turning of Ti6Al4V: oxidation and wear behavior

The titanium alloy Ti6Al4V enables significant performance increases in various branches of industry. Nevertheless, it is difficult to machine, because of its material properties. Due to the low thermal conductivity of titanium, the heat generated while turning Ti6Al4V mainly flows into the tool leading to high temperature loads. In addition, the comparatively low Young's modulus and high yield strength contributes to high mechanical stresses during machining. Temperature active, self-lubricating physical vapor deposition hard coatings appear to be suitable for reducing friction and tool wear during turning of Ti6Al4V compared to the most commonly used uncoated carbide tools. The ability of the coating to form lubricating oxide phases at high temperatures is crucial for this purpose. This paper investigates the oxidation and diffusion behavior of vanadium doped chromium aluminium nitride (CrAlN) coatings after heat treatment at ϑ = 600 °C, ϑ = 700 °C und ϑ = 800 °C in atmosphere as well as the resulting coating properties. The wear behavior of certain coating variants while turning of Ti6Al4V is analyzed.     

钛合金着色技术的研究

利用正交试验法研究了在磷酸-冰乙酸体系中磷酸、冰乙酸、添加剂、氧化电压、电解液温度、氧化时间等对钛阳极氧化膜的影响,确定了最佳工艺条件.结果表明,在采用以Ce作为添加剂的电解液中处理后所得到的钛合金着色膜呈蓝色、光亮美观,具有优良的耐蚀性、耐磨性和良好的附着力.     

TC4钛合金表面TiO_2-PTFE复合膜层的制备

采用特殊的化学及物理处理方法,在钛合金表面制备TiO2-PTFE复合膜层,该润滑膜由硬质阳极氧化膜与低摩擦系数的聚四氟乙烯(PTFE)结合而成,具有较好的自润滑特性。研究了TiO2-PTFE复合膜层的组织形貌、物相组成以及元素组分,讨论了阳极氧化处理工艺和涂覆时间对PTFE涂覆量的影响。结果表明,TC4钛合金阳极氧化后形成了由锐钛相和金红石相双相晶型组成的纳米级TiO2多孔膜,涂覆PTFE后,表面及膜孔处被PTFE聚合体所覆盖。TC4钛合金样品经过不同电压和不同氧化时间处理后,PTFE涂覆量趋于稳定。随着涂覆时间的延长,PTFE涂覆量逐渐增加,在最初5～20min内,涂覆量增加较快,超过20min后涂覆量增加缓慢。     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

汽车用钛合金表面双辉等离子Mo合金化层的制备及其摩擦磨损性能

为了改善钛合金的表面摩擦磨损性能,采用双辉等离子合金化法在汽车用近β型钛合金(Ti-5Zn-3Sn)表面制备了Mo合金层,通过微观组织观察及硬度、摩擦系数、磨损率测试等考察了合金化层的形貌以及摩擦磨损性能.结果表明:钛合金表面等离子合金化后,呈现出银白色,表面形貌很不平整,粗糙度和致密性得到提高.钛合金Mo合金化层与基体之间结合很好,没有出现不可控的断层以及裂纹.随着合金化层的逐渐深入,Mo元素占比慢慢降低.在Mo元素固溶强化作用的影响之下,钛合金表面硬度得到明显提高,有效地改善了钛合金表面摩擦学性能.随着Mo合金化温度增加,合金化层的硬度明显增加.合金化后钛合金表面硬度高,受压屈服极限大,黏着效应小,摩擦系数小,磨损率明显降低.     

回火温度对Ni-P-SiC复合刷镀层组织及晶化的影响

为了改善Ni-P-SiC复合镀层的性能,采用电刷镀技术制备了复合镀层.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等技术研究了回火温度对Ni-P-SiC复合镀层组织结构的影响.结果表明:随着回火温度的升高,复合镀层发生了由非晶态向晶态的转变,晶化过程中会出现亚稳过渡相Ni12P5;加热至400℃时,晶化过程完成,亚稳相Ni12P5消失,复合镀层主要由Ni,Ni3P,SiC组成.     

Development of oxidation resistant coatings for titanium alloys

Abstract

This work addresses the development of a coating to protect the titanium alloy designated IMI834 from oxidation and alpha case formation. This is to enable the safe use of the alloy at relatively high operating temperatures and thereby significantly improve the efficiency of aeroengines. Two different types of surface modification techniques have been employed to coat the titanium alloy: electrodeposition and pack aluminising. Cyclic isothermal oxidation studies revealed that platinum aluminide coating obtained by electrodeposition followed by pack aluminising exhibits good oxidation resistance compared with that exhibited by a plain aluminide coating. Based on results obtained by different techniques, it is suggested that platinum aluminide is a prospective coating material for preventing alpha case formation and protecting against oxidation in components fabricated from titanium alloy IMI834.     

Mechanical and corrosion properties of Al/Ti film on magnesium alloy AZ31B

Preparation of titanium film on magnesium substrate faces a challenge due to non-Fickian inter-diffusion between titanium and magnesium. Aluminum can build a bridge between titanium and magnesium. Al/Ti duplex coatings were deposited on magnesium alloy AZ31B using magnetron sputtering (MS). The low temperature diffusion bonding behavior of the Mg/Al/Ti coating was investigated through SEM and its affiliated EDS. The phase structure and critical load of the coatings were examined by means of XRD and scratch tests, respectively. The results demonstrated that the bonding strength was significantly improved after a post heat treatment (HT) at a temperature of 210°C. The diffusion mechanism of the interfaces of Mg/Al and Al/Ti in the coating was discussed based on the analysis of formation energy of vacancies and diffusion rates. The Al/Ti dual layer enhanced the corrosion resistance of the alloy. And the HT process further increased the corrosion resistance of the coated alloy. This result implies that a post HT at a lower temperature after MS is an effective approach to enhance the bonding strength and corrosion resistance of the Al/Ti film on Mg alloys.