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。     

硬质多层膜研究进展

总结了硬质多层膜改善力学性能、摩擦性能、高温氧化性能、腐蚀性能的方法及进展,指出了有效途径.     

钛合金表面离子束增强沉积膜层的环境适应性和接触相容性

利用离子束增强沉积技术在钛合金表面制备CrN硬质抗磨层和CuNiln固体润滑膜层。通过电化学测试技术对比研究了膜层和钛合金基材在含Cl介质中的抗蚀性能和接触腐蚀敏感性，利用高温静态氧化方法评价了膜层的抗氧化性能。结果表明：(1)CuNiln膜层耐电化学腐蚀性能和抗氧化性能显著优于Cu，在含Cl介质中与钛合金接触相容。(2)在含Cl水溶液中，CrN膜层耐蚀性好，与钛合金接触相容；在HCl HF混合酸中，CrN膜耐蚀性能远优于钛合金；抗氧化性能优于Ti。     

钛合金表面Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性研究

根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对TiB2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理,并通过压痕法研究了Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性。研究结果表明：随着调制比(Λ, tTiB2:tTi)的增大,多层膜的断裂韧性先增大而后减小,当Λ为5时,多层膜的断裂韧度达到最大值(KIC=2.68 MPa     

钛及钛合金阳极氧化膜层显色影响因素研究进展

钛及钛合金由于颜色单一,无法满足人们在生活家居装饰方面的需求。通过阳极氧化,可在钛及钛合金表面生成不同颜色的氧化薄膜,且工艺简单、成本低廉,因而广受关注。基于钛及钛合金阳极氧化显色的薄膜干涉原理,系统讨论和总结了氧化电压、氧化时间、氧化温度、电解液成分、合金成分、织构取向、预处理这7个阳极氧化工艺参数对氧化膜层色彩和显色均匀性的影响,旨在推进钛及钛合金阳极氧化工艺的应用。     

钛合金表面氮化钛改性层制备的研究进展

钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀、良好的低温韧性以及优异生物相容性等优点,被广泛应用于国防、化工、能源、航空航天和生物工程等领域。但钛合金表面硬度不高,耐磨损性及耐疲劳性差,在很多情况下不能满足实际生产应用的要求,从而限制了它的应用。氮化钛具有高硬度、低摩擦系数、优异的化学稳定性、良好的生物兼容性和导电性等优点,在钛合金表面制备氮化钛改性层是提高其表面硬度,改善其耐磨性,延长其使用寿命,扩大其使用范围的有效措施。介绍了钛合金表面氮化钛改性层的制备技术、研究情况及存在问题,提出了钛合金表面氮化钛改性层制备的发展方向。     

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.     

钛及钛合金表面沉积TiCN膜层的工艺

钛材作为一种具有高附加值的材料正在逐渐进入建筑和日常生活装饰等诸多领域,为了提高钛制品的装饰性能,一般采取阳极氧化法得到色彩比较丰富的装饰色,但阳极氧化法得不到灰色和黑色,主要介绍了在钛及钛合金表面上,运用多孤离子镀膜技术沉积TiCN膜层工艺的结果。     

钛合金多层管的生产工艺

工业领域制订先进的新工艺都要采用高性能的现代化材料及其制品．这些制品包括生产波纹管和波纹软管用的冷变形多层管．这种管材应用在仪器制造、航空航天技术中是很在前途的．乌克兰尼克波尔南方管材厂根据不锈钢多层管的现行制造工艺制订并试验了钛合金多层管的制造工艺．试验采用了标准化学成分BTI－0合金的不同层状管进行．制造尺寸为20mmX0．－－－－－－X3rp的多层管时试验了两种工艺流程,其主要工序如下：——在热处理状态下把各层管子装配成预成品尺寸,采用拉拢的方法消除层间间隙,用ThTh！5－30轧机进行五轧（方案1）;——…     

C掺杂硬质膜层的组织及性能研究

多元硬质膜层以其高硬度、抗磨损性及抗高温氧化性能显著提高了工件表面的服役性能,然而其过高的摩擦系数(0.4-0.9)引起了膜层的严重磨损。采用等离子增强PVD(物理气相沉积)技术在高速钢基体表面沉积C掺杂的Si-C-N以及Ti-Al-Si-C-N五元硬质膜层,并利用SEM、XPS、TEM、MH-5显微硬度仪以及摩擦磨损试验仪研究了C掺杂对膜层显微组织、力学性能的影响规律。结果表明:C的掺杂显著改善了膜层的显微组织,膜层硬度可达41GPa以上,尤其是膜层的耐磨减摩性能得到了极大的提高,摩擦系数低至0.2以下,且在测试过程中,膜层并没有发生剥落、撕裂等显著的破坏形式。     

TC4钛合金表面渗碳复合TiN(Ti)膜层的抗冲蚀性能研究

硬质膜层能够显著提高飞机发动机钛合金叶片的抗固体颗粒冲蚀性能,现有的软基体/硬膜层体系由于较高的脆性及界面不匹配性很容易被冲蚀,膜基界面极易发生脆性剥落。为了改善硬质膜层的抗冲蚀性能,结合辉光离子扩渗及等离子增强电弧离子镀技术,本文在TC4合金表面制备了具有梯度渗碳及TiN(Ti)膜层的复合渗镀层,并表征了结构对于复合渗镀层性能的影响。结果表明,相对于未强化的TC4基体表面单层TiN及12周期复合Ti/TiN膜层,复合渗镀层的显微硬度及膜基结合强度均同步得到了提高。冲蚀试验结果表明,TC4基体未渗碳前,表面单层TiN膜层呈现出脆性冲蚀开裂机制,12层复合Ti/TiN膜层由于多层复合结构的增韧效应,呈现出层状剥落及“冲蚀窝”损伤形貌。渗碳后,复合渗镀层的抗冲击韧性得到提高,单层TiN膜层在冲蚀条件下的膜基界面脆性开裂明显被抑制。渗碳复合12周期复合Ti/TiN结构的复合渗镀层具有最佳的抗固体颗粒冲蚀性能,表现出明显的韧性损伤机制,冲蚀失重率降低了十余倍。抗冲蚀性能的提高可归结于复合渗镀层较高的表面硬度、界面强度和强韧性匹配。     

TC4钛合金表面沉积CrSiN/SiN纳米多层膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损性能

为了研究纳米多层膜的耐腐蚀性能以及腐蚀磨损机理,采用离子源辅助磁控溅射在TC4钛合金表面制备不同调制周期的CrSiN/SiN纳米多层膜。使用扫描电子显微电镜、能谱仪表征涂层的微观结构、腐蚀形貌以及元素分布;使用划痕仪、纳米压痕仪、维氏硬度计测量涂层的膜基结合力、硬度、弹性模量及断裂韧性,采用电化学工作站以及销盘磨损仪测量涂层耐腐蚀性和腐蚀磨损性。结果表明:调制周期为90 nm与360 nm时涂层耐腐蚀性能较好,腐蚀电流密度分别为1.31×10~(-8)A·cm~(-2)和1.20×10~(-8)A·cm~(-2)。此外,调制周期为45nm时,涂层硬度及弹性模量最大,分别为(22.5±0.6)GPa和(226.4±6.3)GPa,且腐蚀磨损率最低,为9.67×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1)。多层膜结构显著改善了TC4钛合金的耐腐蚀及腐蚀磨损性能。     

C 掺杂方式对 TiAlSiN 膜层组织及性能的影响

采用电弧离子镀与磁控溅射联合沉积技术,以不同的C掺杂方式在高速钢基体表面制备了C/TiAlSiN多元复合硬质膜层,对膜层的成分、组织结构、显微硬度及摩擦磨损性能进行了表征,并与相同条件下制备的未掺杂TiAlSiN膜进行了对比。结果表明,不同的掺杂方式使得膜层的组织与性能不同,在TiAlSiN硬质膜层的制备过程中实施C掺杂,能够显著优化该膜层体系的组织结构及显微硬度,并大大改善其摩擦磨损性能。     

钛合金微弧氧化膜表面形貌对膜/环氧树脂结合强度的影响

采用微弧氧化法于硅酸钠溶液体系中在钛合金表面制备了氧化物陶瓷膜, 用剪切法测试了氧化膜与环氧树脂之间的结合强度, 通过SEM研究了陶瓷膜剪切前后表面形貌的变化.结果表明: 陶瓷膜表面的微孔直径、粗糙度随微弧氧化频率的增大而减小; 陶瓷膜/环氧树脂的结合强度随频率的增加先是快速上升, 当频率增加至400Hz时, 膜层的结合强度达到最高值56.9MPa, 随后结合强度逐渐下降并趋于平缓.     

钙磷含量对TA2医用钛合金微弧氧化膜层的影响

在不同钙磷原子比的硅酸盐电解液中,通过微弧氧化技术在钛合金的表面制备陶瓷膜层,研究了溶液中钙磷原子比对膜层结构和成分的影响,并讨论了膜层形成机理。结果表明,膜层中的元素含量与电解液中的元素含量为非线性关系;钙磷原子比为8时,膜层中的钙磷原子比接近羟基磷灰石。此外,电解液浓度增加增大膜层表面粗糙度。     

碱液处理钛合金表面软复合磷酸钙层

钛合金（Ti6Al4V)经过NaOH碱液处理后表面形成了多孔网状、弱结晶的钛酸钠凝胶层；随碱液浓度和处理时间增加，孔的尺寸增加。钛酸钠凝胶层可在快速钙化溶液中诱导沉积出（002）取向的磷酸八钙和／或磷灰石；而在模拟体液中诱导沉积出无取向的骨状磷灰石。碱液处理条件和钙磷溶液的离子种类、浓度和pH值是影响钛合金软复合磷酸钙层成分和沉积速度的两个因素。     

TC11及表面改性膜层在海水中的微动磨损研究

通过对TC11钛合金进行不同表面改性实验(微弧氧化、N+离子注入、DLC多层膜),得到不同表面改性膜层。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究表面改性层的相组成和微结构。在模拟海水环境下,采用SRV-IV微动磨损试验机评价TC11合金及不同表面改性膜层的微动磨损性能(摩擦系数、磨损量及磨损机制),并比较抗微动防护效果。结果表明,TC11经改性后摩擦系数呈现不同程度下降,磨损量的降低则非常明显,其中DLC多层膜抗微动防护效果最显著。海水介质中各摩擦系数显著比纯水中低。海水中钛合金的磨损量小于纯水中的数值,腐蚀与磨损呈"负交互作用"规律,而改性层磨损较纯水中略高。     

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备，在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层，以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明，利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层，显著提高了钛合金表面的抗磨性能，且膜层本身有很好的耐Cl^-介质环境电化学腐蚀性能，与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。     

高强度常温复合发蓝膜层结构及耐磨性研究

研究了钢铁材料表面常温复合发蓝膜的结构及膜层成膜原理；分析了常温复合发蓝提高耐磨性的原因；论述了常温复合发蓝工艺。试验表明常温复合发蓝具有处理时间短、工作效率高、成本低，膜层附着力、耐磨性好的特点，为零件发蓝处理提供了新的方法。