搅拌摩擦焊搭接法制备TC4钛合金表面Al涂层及其高温氧化行为

采用多道搅拌摩擦焊搭接的固态加工方法,并借助焊后表面铣削加工处理,在TC4钛合金表面制备了厚度约为500μm的Al涂层,并对基板试样和涂层试样在700℃大气环境下进行了高温氧化实验用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析等手段研究了涂层和界面的微观组织结构,并讨论了界面中间层在高温氧化过程中的相结构演变.结果表明,经过搅拌摩擦焊搭接加工,涂层/基体的界面为富Ti的条带状结构,界面中间层厚度达60μm.在表层富Al组织发生高温氧化及熔化现象的同时,足够厚度的Al涂层可对O的内扩散起到一定阻碍作用,而中间层的Ti和Al二元扩散行为促进了Ti-Al相在界面稀氧环境下的形成,最终起到对基体抗氧化的主要防护作用.高温氧化后表面相组成主要为Al₂O₃,Al₂Ti和Al₃Ti.而界面中间层的Ti-Al相结构呈显著的梯度分布特征.     

磨擦加工细化铝合金表面涂层组织及增强结合强度的机制

磨擦加工技术(FSP)细化铝合金表面涂层组织及增强结合强度的机制采用无针搅拌头对7075铝合金表面热喷涂铝基Al_2O_3-TiB_2涂层进行搅拌摩擦加工。通过SEM分析了搅拌摩擦加工前后涂层的组织,粘结拉伸法测试了涂层搅拌摩擦加工前后的结合强度。应用ABAQUS有限元软件模拟分析搅拌摩擦加工过程中的温度场和应力场。结果表明,搅拌摩擦加工过程,涂层加工区域的温度达到500℃以上,应力超过330 MPa,涂层发生了剧烈的热机械变形,产生动态再结晶,使原始组织中孔洞、间隙和裂纹等缺陷消失,形成细小的新晶粒。涂层和基体间由于剧烈的热机械变形产生固相焊合,结合强度由5.2 MPa提高到48.6 MPa。     

Ni-Cr-Al 涂层搅拌摩擦加工的作用机制

目的对热喷涂涂层进行表面改性。方法利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。结果形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。从涂层到基体形成了有层次的260μm厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。结论搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。     

铝合金涂层搅拌摩擦加工的作用机制

为研究搅拌摩擦加工作用机理,对铝合金表面热喷涂铝基涂层进行了4道次搅拌摩擦加工。应用SEM、EDS、TEM和显微硬度测试对加工前后的涂层进行分析。结果表明,涂层经过搅拌摩擦加工后,原本层叠状、有孔隙组织通过形变诱导位错切割机制,首先形成滑移带,同时位错密度不断增加并聚集成小角度晶界,然后逐渐转变成大角度晶界,将晶粒分解细化,最终演变成致密的超细等轴晶,尺寸达到200 nm以下。涂层和基体之间发生了相互融合,涂层和基体间的间隙消失。基体中的合金元素向涂层扩散。搅拌摩擦加工后,涂层显微硬度从62 HV上升到269 HV。     

铝合金表面涂层搅拌摩擦加工后的组织及硬度

研究采用搅拌摩擦加工技术原理,对铝合金表面火焰喷涂制备的高速钢涂层进行搅拌摩擦加工,搅拌摩擦加工工艺参数为搅拌头转速3 000 r/min、进给速度15μm/s、进给量0.1mm.结果表明:经过多道搅拌摩擦加工后,涂层击碎并镶嵌到铝合金基体中,同时元素间产生相互扩散、相互反应,形成致密的复合表面层,显微硬度最高达到HV590.     

激光熔覆结合搅拌摩擦加工在奥氏体不锈钢表面制备超细晶互锁结构Ni-Al-WC涂层（英文）

在奥氏体钢表面制备具有超细晶结构且能与基体互锁的Ni-Al-WC涂层。首先采用激光在奥氏体钢表面熔覆Ni-Al涂层,然后采用搅拌摩擦加工(FSP)方法,以WC-Co合金为搅拌头,对激光涂层进行大变形改性,形成Ni-Al-WC超细晶复合涂层。采用扫描电子显微镜、X光能量散射谱仪、X射线多晶衍射、硬度仪及摩擦磨损试验机对样品的显微组织、相组成、硬度及摩擦磨损性能进行表征。结果表明,FSP的大变形效应可形成晶粒尺寸为1~2μm、厚度为100μm的超细晶层。同时,FSP过程还可往变形层中引入WC颗粒,因此变形以及WC颗粒双重强化极大地提高了硬度和耐磨性。另外,FSP大变形使涂层和基体之间形成互锁结构,有利于二者的结合。     

采用摩擦搅拌工艺制备Al/Al_2Cu原位纳米复合材料（英文）

采用摩擦搅拌工艺制备Al/Al_2Cu原位纳米复合材料,研究摩擦搅拌工艺参数如旋转速率、行进速率、搅拌道次和搅拌针形状对铝基纳米复合材料显微组织、化学反应和显微硬度的影响。由于摩擦搅拌工艺的机械活化效应以及Al-Cu放热反应产生大量的热,Al_2Cu粒子快速形成。纳米复合材料的显微组织包含细小晶粒的铝基体(~15μm)、未反应的铜纳米粒子以及Al_2Cu纳米强化相。Al_2Cu粒子的不规则形貌是由于摩擦搅拌过程中产生局部熔化。搅拌针直径对材料的显微组织和硬度具有较大的影响。与基体合金相比,所得复合材料的硬度提高了57%。     

钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状

对钛/铝异种金属焊接过程中脆性Ti-Al金属间化合物的控制方法进行了综述，介绍了熔化焊(激光焊、电子束焊)、钎焊、熔钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊及爆炸焊的研究现状，并对存在的问题与发展趋势进行了讨论。结果表明，钛/铝焊缝中极易形成脆性的Ti-Al金属间化合物，导致钛/铝接头强度的降低。在激光焊、电子束焊过程中，通过热源偏移的方式可以降低Ti-Al金属间化合物含量；采用合理的中间层，既能降低Ti-Al金属间化合物的含量又能形成塑性更好的金属间化合物。采用熔钎焊工艺并选用合适的填充材料，可以有效地抑制Ti-Al金属间化合物的生成。采用扩散焊工艺、通过添加中间层、在钛表面渗铝及合理控制工艺参数，能有效减少Ti-Al脆性金属间化合物的生成，但接头的抗拉强度不高。采用搅拌摩擦焊并通过添加中间层抑制钛/铝接头中Ti-Al脆性金属间化合物的形成，获得性能良好的钛/铝接头，但会受到焊件的形状的影响。采用爆炸焊工艺，可以细化界面中的金属颗粒，提高钛/铝接头的强度。     

搅拌摩擦加工制备MWCNTs/Al复合材料的微观组织分析

采用搅拌摩擦加工技术制备了不同含量多壁碳纳米管增强铝基复合材料,并利用透射电镜对该复合材料的微观组织和界面结构进行分析。结果表明:该复合材料组织具有微米级的超细晶粒,晶粒尺寸随搅拌摩擦加工道次的增加而逐渐减小;铝基体晶粒中存在大量位错,并在局部形成位错缠结;在铝基体中有纳米级短棒状Al_4C_3相弥散分布;碳纳米管与铝基体之间结合紧密,界面处未发现有新相生成。     

电阻缝焊法制备铁基WC/金属双层涂层及其摩擦行为

通过电阻缝焊法,使用超硬铁基合金粉末(SHA)和2种粒度(3.5和55μm)的WC粉末在Al7075板表面制备了铁基WC/金属双层涂层。采用SEM和EPMA等手段对双层涂层的显微组织进行了分析;采用纳米压痕仪对双层涂层中微小组织进行了纳米硬度测试;最后通过球盘摩擦(ball-on-disc)实验对比了WC和SUS304 2种磨球对双层涂层的摩擦磨损行为的影响。结果表明,该铁基WC/金属双层涂层的总厚度达600μm,从涂层到基体的结构依次为:WC粉末/铁合金(耐磨层)+铁基/铝合金(金属中间层)+铝合金基体。当以WC为磨球时,使用微细和粗大WC粉末的涂层,其磨损机制分别为严重的磨粒磨损和脆性断裂伴随少量磨粒磨损;当以SUS304为磨球时,使用微细WC的涂层基本未发生磨损,而粗大WC粉末的涂层则发生少量磨粒磨损。以SUS304为磨球时,涂层的磨损率均低于以WC为磨球时涂层的磨损率。