基体预渗碳对Ti-6Al-4V合金表面TiN(Ti)硬质膜层性能的影响

硬质膜层在服役过程中,往往由于膜基界面强度的不足导致膜层过早的发生界面的剥落失效,这种剥落失效主要是由界面残余热应力诱导的显微裂纹的失稳扩展引发的。残余热应力主要来源于基体与膜层材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性能的不匹配。为了降低这种不匹配性,在制备TiN硬质膜层之前,本文通过辉光离子扩渗技术在TC4基体表面形成具有一定深度、梯度结构的渗碳硬化层,然后利用等离子增强离子镀技术制备了单层及多层复合Ti/TiN膜层,研究基体预渗碳层对其表面不同结构TiN(Ti)硬质膜层性能的影响。结果表明,基体经过预渗碳强化处理后,相比于单一TiN或多层复合Ti/TiN硬质膜层,复合渗镀层的表面硬度能提高近2倍,膜基结合强度最高可达80N以上。同时,经过硬化后的基体显著抑制了其表面复合硬质膜层的界面脆性断裂倾向,复合膜层在外加载荷作用下的与基体的协同变形能力得到加强,强韧性显著提高。     

真空退火对TC4钛合金表面Ti/TiN多层复合涂层性能的影响

金属基体材料表面硬质膜层在服役过程中,残余应力在膜基界面以及膜层内部界面之间的积聚会导致膜层发生界面剥落失效。以TC4钛合金基体表面Ti/TiN多层复合膜层为研究对象,探讨真空退火对复合膜层结构及性能的影响,并表征退火前后复合膜层的界面划痕失效以及抗粒子冲蚀性能。结果表明,真空退火促进了膜层内部以及膜基界面两侧原子的热扩散,使得界面结构特征明显弱化。界面状态的改变使得复合膜层的表面显微硬度降低以及膜基结合强度提高。在划痕载荷作用下,复合膜层抵抗裂纹沿界面扩展的能力得到增强。真空退火有助于提高膜层的强韧性匹配,可有效抵抗小角度冲蚀粒子的犁削以及大角度粒子冲蚀下的疲劳,因此Ti/TiN多层复合膜层表现出较好的抗冲蚀性能。     

Ti—N多层膜的显微结构和压痕行为

研究了Ti/TiN多层膜的显微结构,横截面试样的透射电镜研究和二次离子质谱深度分析均表明,该膜具有周期变化的多层结构,即:基体/FeTi/Ti/Ti_2N/TiN/Ti_2N/Ti/Ti_2N/TiN…Ti/Ti_2N/TiN.制备了压痕试样的断口试样,并用扫描电镜进行了观察.结果表明,多层硬膜在压痕试验时发生形变,出现压痕坑,在其周围形成材料堆积.随着所加载荷的增加,形变区扩大,越过膜/基界面进入基体,引起膜内的层间开裂和在膜/基界面上形成孔洞,研究结果表明,和单层TiN相比,Ti/TiN多层膜具有较好的韧性.     

离子辅助沉积TiN/Ti复合膜提高TC17钛合金高温微动疲劳抗力

为提高钛合金高温微动疲劳抗力,利用离子辅助电弧沉积技术在TC17钛合金表面制各了TiN/Ti复合膜层,研究了膜层的剖面成分分布、膜基结合强度、膜层显微硬度、韧性、常规摩擦学性能以及抗高温微动疲劳性能.结果表明:利用离子辅助电弧沉积技术可以获得硬度高、韧性好、膜基结合强度和承载能力优异的TiN/Ti复合膜层,该膜层具有良好的抗磨和减摩性能,能够显著地提高TC17钛合金在350℃高温环境下的常规磨损和微动疲劳抗力.然而,TC17钛合金表面喷丸强化后进行离子辅助沉积TiN/Ti复合膜,由于喷丸层残余压应力的显著松弛以及膜层易于开裂和脱落的缘故,微动疲劳抗力则不及喷丸强化或TiN/Ti复合膜单独作用.     

等离子复合渗镀陶瓷层腐蚀磨损性能的研究

利用等离子渗金属技术、尖端放电、空心阴极效应和反应气相沉积技术，在碳钢表面形成具有扩散层和沉积层的新型复合渗镀TiN沉积层＋TiN析出相＋Ti扩散层，并在此基础上用磁控溅射PVD沉积TiB2薄膜，对其耐蚀性、耐磨性进行了检测和分析。结果表明：由于等离子TiN复合渗镀层的均匀性、致密度高于PVD沉积TiB2薄膜，在1mol／LH2S04溶液中耐腐蚀性能是PVD沉积TiB2＋等离子TiN复合渗镀层11．7倍。TiB2／TiN复合渗镀层与碳钢基体直接PVD沉积TiB2相比硬度高达2600HV，膜层比较厚，表面光滑、平整薄膜覆盖，膜基结合力也很强，有很好的减磨耐膜性能。说明等离子渗金属技术制备的TiN渗镀复合层不仅具有优异的耐腐蚀性能同时对TiB2陶瓷有着强有力的支撑作用。     

多层结构对Ti/TiN涂层性能的影响

以TiN、TiAlN为主的过渡族金属氮化物硬质涂层以其较高的表面硬度、良好的耐磨以及抗高温氧化性能,被广泛应用于材料表面防护涂层。然而,涂层内部积聚的高内应力却容易易引发起涂层与基体的结合力问题。利用PVD技术很难在材料表面制备出厚度超过10微米的TiN或TiAlN涂层。多层复合结构能够有效控制涂层中的应力分布,从而使得其成为获得较厚硬质涂层的一种有效方法。本文在TC4合金以及Si（100）基体上利用等离子增强离子镀技术制备了具有不同复合层数的多层Ti/TiN涂层,并研究了复合层数对涂层力学性能的影响。结果表明,随着复合层数的增加,涂层的各项力学性能得到了显著强化。涂层的显微硬度高达2750HV,厚度大于50微米,且具有较好的韧性。涂层的韧性与显微硬度成正比例关系。同时,48层复合结构的Ti/TiN涂层具有低于0.35的摩擦系数以及最佳的抗磨损性能。然而,随着复合层数的进一步增加,涂层与基体的界面显著弱化了涂层的结合强度。     

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理.结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm,TC11钛合金基材为269.9 μm.90°攻角下,冲蚀砂量为20 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm,TC11钛合金基材为46.96 μm.30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主.在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主.     

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。     

铸钢表面镍基合金渗层的组织与冲蚀磨损性能

采用铸渗技术在45钢表面制备了镍基合金渗层,对渗层的微观组织及冲蚀磨损性能进行了研究。结果表明:渗层组织致密,在渗层的内部及渗层与基体的结合界面处无任何夹杂、气孔及微裂纹等缺陷;渗层主要由镍基固溶体、Cr5B3、BCr、BNi3等硼化物硬质相组成。基体的冲蚀磨损质量损失是渗层的4.15倍,其平均冲蚀磨损率远远大于渗层,这主要是渗层的固溶强化,以及硬质相强化使得渗层的冲蚀磨损性能得到大幅度提高。     

硬质颗粒重复冲击TiN/Ti涂层损伤分析

航空发动机压气机叶片表面制备硬质涂层可显著提高其抗砂尘冲蚀性能,但砂粒高角度冲击对涂层损伤严重,易出现脆性裂纹。采用受控动能型重复冲击设备模拟硬质颗粒对涂层的高角度冲击,研究调制比、层数结构对TiN/Ti涂层冲击损伤的影响,并根据涂层损伤特征、冲击力学响应以及应力分布分析涂层的破坏机理。结果表明,TiN/Ti涂层出现剥落和圆周裂纹;硬质层内部、硬质层与结合层/过渡层界面存在高的应力梯度,而冲击坑点边缘硬质层上表层受到拉应力且由于材料堆起,在重复冲击下将导致涂层的疲劳剥落和圆周疲劳裂纹。调制比、层数显著影响涂层冲击响应过程,其中不同调制比的2层涂层,调制比为3:1的抗冲击性能较好;调制比为9:1的不同层数涂层,4层结构的抗冲击性能较好。     

铁基非晶增强碳化钨涂层的微观结构与性能

采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明,复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层相比,复合涂层的硬度有所降低,但是两者没有显著性差异。由于硬度下降,导致复合涂层的耐磨性能略低于WC-CoCr涂层。800℃高温氧化测试表明,复合涂层在800℃具有良好的热稳定性,这归因于氧化过程中生成了一层致密的氧化膜。此外,复合涂层在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀性能也优于WC-CoCr涂层。     

预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响

对45钢基体进行不同频率的预磁化处理,再对其进行激光熔覆,借助硬度试验、摩擦磨损试验和光学显微镜研究了基体预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响。结果表明,基体经预磁化后,表面熔覆涂层的洛氏硬度较未磁化时有所提高;此外,在同样摩擦磨损条件下磁化者的磨损量和平均摩擦因数较未磁化得有所下降;且原来大小不匀、枝系发达、连成一体的树枝状晶随预磁化频率的增大逐渐向规则的等轴晶转变,预磁化作用还改善了黑色点状硬质颗粒分布的均匀性,使得组织更均匀、致密;以上结果的唯一直接原因是由于基体预磁化的差异所致。本试验条件下的最佳磁化频率是25 Hz。     

氧化钇纳米颗粒对无铬达克罗涂层耐蚀性能的影响

采用极化曲线、中性盐雾测试、SEM和EDX方法,探讨了Y2O3纳米颗粒对普通碳钢表面无铬达克罗涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明：无铬达克罗涂层中掺杂少量Y2O3纳米颗粒可增强其耐蚀性能,使涂层的腐蚀电位升高,腐蚀电流密度降低。Y2O3纳米颗粒不仅可抑制阴极还原反应,从而控制整个腐蚀过程,也可作为物理屏障阻碍腐蚀介质对涂层内部的渗透,但它不能改变极化曲线形状。本无铬达克罗涂层中Y2O3的最佳含量为20 g/L。     

Application of electrophoretic deposition for inner surface coating of porous ceramic tubes

The direct coating of a nano-porous alumina layer on the inner surface of micro-porous alumina tubes was performed by electrophoretic deposition (EPD). A thin layer of polypyrrole (Ppy) was synthesized on the inside wall of the porous tubes by the chemical polymerization of pyrrole (Py) to give the wall electric conduction for the EPD electrode. The bimodal suspension of alumina powders with 0.6 μm and 30 nm average particle sizes was selected to control the nano-porous structure. The thickness of the coating layer was controlled by altering the applied voltage and deposition time. The interfacial connection of the coated layer and the substrate was observed by SEM before and after sintering. The pore size of the coated layer was characterized by its pore size distribution.     

熔覆电流对AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层显微组织的影响

采用氩弧熔覆工艺在06Cr19Ni10钢基体上制备等摩尔比AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层。采用10%草酸溶液体系对不同熔覆电流制备的高熵合金涂层进行电解腐蚀,采用倒置金相显微镜观察试样显微组织,采用3D激光共聚焦显微镜对高熵合金涂层中的细小析出物进行微区三维显微形貌分析,并采用自动转塔显微硬度计对其截面显微硬度进行分析。结果表明,以不同熔覆电流制备的AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层均由枝晶组织、枝晶间组织、块状析出物以及纳米级析出物组成。以240 A熔覆电流制备的涂层由于热输入过大,过热粗化的枝晶组织在凝固过程中发生臂端部位的熔解。240 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度达到最高,但截面硬度较低。230 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度、截面硬度均较理想。     

金相法测量彩涂板涂层厚度的适用性分析

分别使用金相显微镜法和钻孔破坏式显微镜法进行涂层厚度的测量,比对两种方法的测量结果,对两种方法开展涂层厚度测量的适用性进行试验分析.结果表明,金相显微镜法对人员、设备、投入等方面都有较高的要求,具有较大的局限性,更适用于特定条件下的科研检验;钻孔破坏式显微镜法的要求较低,操作便捷更易上手,更适用于一定范围内的涂层厚度的...     

汽车用AZ31镁合金激光熔覆Al-Si涂层的组织与性能

通过激光熔覆Al-Si涂层的方法对AZ31镁合金表面进行了改性,研究了熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明,熔覆层主要由Mg₂Si、Mg₁₇Al₁₂、Al₃Mg₂、Al₂Mg相组成,与基体呈冶金结合,硬度最高达到152 HV;耐磨性和耐腐蚀性较好,磨损失重及腐蚀速率分别为基体的1.75倍和1.88倍。     

NbF5前驱体化学气相沉积铌涂层的生长动力学

采用常压化学气相沉积方法在1150℃下成功制备了组织致密的金属铌涂层,沉积速率达到了250μm/h。通过对沉积后沿进气方向涂层厚度分析,确定了不同位置NbF_5、H_2、HF及Ar的摩尔分数,对数据进行拟合获得了与实验结果吻合较好的生长动力学方程。进一步分析动力学方程可知副产物HF对于沉积速率影响较大而Ar几乎没有影响。     

Zr-4合金表面耐事故Cr涂层制备及组织性能研究

在锆合金包壳表面制备保护性涂层材料能够改善现行核燃料组件的服役性能,延缓在＞1200℃高温蒸汽下的锆水反应,提升其在反应堆失水事故下的容错能力。因此,涂层技术也被列为耐事故核反应堆设计和研究的短期规划。本文采用等离子增强物理气相复合沉积技术,在Zr-4合金表面制备了Cr复合涂层,并专门针对涂层与基体的界面进行了离子的轰击注入强化。结合锆合金包壳的实际使用工况,设计试验方法,评价表征了涂层体系的各项性能及其对锆合金基体的影响。高温蒸汽加速腐蚀试验表明,相比于无涂层Zr-4基体试样,Cr涂层明显阻碍了氧向Zr-4基体内部的扩散,并有效抑制了基体内部有害氢化物的生成。在模拟事故的＞1000℃的高温热冲击条件下,相比于无涂层基体表面较厚氧化物生成的现象,涂层样品并未出现脱落,基体也并未出现氧化腐蚀。拉伸及内压爆破测试表明,样品表面Cr涂层表现出与基体较好的附着力,未出现沿破裂界面的脱落,也未影响Zr-4基体的拉伸及室温爆破性能。可以认为,Zr-4合金表面Cr涂层是理想的耐事故涂层材料之一。