自钝化W-Cr-Y合金层的制备及其抗氧化性能

为防止或缓解钨氧化,用双辉等离子体表面冶金技术在纯钨基材表面制备了W-Cr-Y自钝化合金层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对合金层的组织和相结构进行了分析,并在模拟发生核聚变发电站冷却失效事故时的高温大气环境下对合金层的抗氧化性能进行了研究。结果表明,制备温度为800、900、1000和1100℃时,均成功地在纯钨表面形成了由W(Cr, Y)固溶体构成的厚度超过20μm的W-Cr-Y合金层。制备温度为1000℃时合金层厚度达到了35μm,表面光滑致密,合金层与纯钨基体呈现良好、无缺陷的冶金结合。制备温度较低(800℃和900℃)时,合金层在1000℃氧化10 h后的表面未形成连续的自钝化合金层,抗氧化性能较差。制备温度较高(1000℃和1100℃)时,合金层在氧化后形成了致密平整的氧化层,且制备温度为1000℃时合金层氧化后的质量增加最小,抗氧化效果最优。     

钨表面WTaVNbMo难熔高熵合金层的组织与性能

采用双层辉光等离子表面冶金技术,以粉末冶金W₁₈Ta₁₈V₂₀Nb₁₈Mo₂₆合金作为源极靶材,控制工件极温度为1200℃,源极和阴极电压差分别为300、400和500 V,在纯钨表面制备了WTaVNbMo难熔高熵合金层。用扫描电镜及其所附能谱仪和X射线衍射仪检测合金层的显微组织和相组成,用显微硬度计和电化学工作站测试了合金层的硬度和耐蚀性,利用SRIM软件模拟分析了合金层的抗辐照性能。结果表明,在不同电压差条件下纯钨表面均形成了BCC结构的WTaVNbMo高熵合金层。电压差为400 V时,制备的合金层厚度达到100μm以上;500 V电压差下制备的合金层表面均匀,组织致密,硬度最高,可以达到1635 HV0.05,耐蚀性良好,自腐蚀电流密度较W基体降低了近两个数量级。辐照模拟结果表明,相比于纯钨,高熵合金层的损伤范围较为集中,投影射程更短,电子阻止本领更大,电离损失速度加快。     

活性屏与工件的距离对40Cr钢活性屏离子渗氮行为的影响

为提高40Cr钢的抗磨及耐蚀性能,用304不锈钢冲孔板制成的活性屏对40Cr钢进行离子渗氮(ASPN)处理,研究了活性屏与工件的距离对渗层组织结构和性能的影响,并与普通直流离子渗氮(DCPN)进行了比较。用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、辉光放电光谱仪(GDOES)、显微硬度计、往复摩擦磨损试验机和电化学工作站对渗层组织、相成分、硬度、耐磨及耐腐蚀性能进行分析。结果表明:经不锈钢活性屏离子渗氮处理后,试样表面得到了致密均匀的渗氮层,渗层主要由ε-Fe2-3N、γ′-Fe4N和CrN相组成,且随着试样与活性屏距离从10mm、20mm增加到30mm,对应的渗层厚度从6μm、4.7μm减小到3.5μm。经氮化处理后,40Cr钢的耐磨性和耐腐蚀性都有显著的提高,ASPN处理后试样的耐腐蚀性较DCPN有明显的提高。     

IBAD界面反应及其对结合强度的影响

研究了不同能量界面动态共混过程中的界面反应及其对沉积在GCr15和45钢基体的IBAD CrN薄膜结合强度的影响。用AFM和GDOES分析了不同能量共混界面的形貌和成分。用循环滚动接触法使薄膜在膜基最薄弱处产生剥落，用以分析界面反应产物，同时对膜基结合强度加以评价。用SEM，EDAX和XPS分析了滚动接触疲劳试验后的疲劳剥落区的形貌、成分及结构。结果表明40kV共混后的界面粗糙度高并出现了碳含量的升高，而20kv时界面碳含量和基体差不多。基体碳化物在离子轰击引起的热峰效应的作用下发生分解，而对基体和碳化物的选择溅射导致了碳含量的升高以及粗糙度的增加。分解后的碳以石墨态的形式存在。在滚动接触疲劳试验时循环载荷的作用下，界面处的石墨相当于孔洞引起应力集中。疲劳裂纹起始于界面石墨富集处表明它是引起结合强度差的主要原因。     

电子浴辅助阴极电弧源法合成AlN薄膜机理初探

研究了电子浴辅助阴极电弧源法合成AlN薄膜的形核生长过程,并对生长机理进行了初步的探讨。     

钛合金表面离子束增强沉积NiCr膜的耐腐蚀磨损性能

钛合金是难镀材料,采用离子束增强沉积法(IBED),在Ti6Al4V钛合金表面制备NiCr膜,以期改善其耐腐蚀磨损性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、显微硬度计、划痕仪、静态压入和动态循环压法表征其形态、结构、成分分布、硬度、膜基结合强度和膜的韧性;通过电化学极化曲线、交流阻抗测试和电偶腐蚀试验评价改性层的耐蚀性和接触相容性;利用球-盘磨损试验研究了改性层在空气中和3.5%NaCl溶液中腐蚀磨损性能。结果表明:IBED膜基结合强度高、膜层致密、晶粒细小,具备优异的强韧综合性能,良好的耐NaCl溶液腐蚀性能;IBED NiCr膜在NaCl溶液中磨损量仅为Ti6Al4V合金的1/4.5,磨损明显减轻,呈磨粒磨损机制,且其在水溶液中的耐磨性能优于在空气环境中。     

新型超硬薄膜材料β—C3N4合成新进展

本文介绍了β－Ｃ３Ｎ４的研究历史，β－Ｃ３Ｎ４的晶体结构及其特殊性能，介绍了目前国内外合成的新方法及应用前景。     

H13钢氮化前后表面磁控溅射CrAlN薄膜的摩擦磨损性能

为了提高H13钢的表面耐磨性能,用直流磁控溅射法在氮化与未氮化的H13钢表面沉积CrAlN薄膜,并对处理前后的摩擦磨损性能进行了比较;用扫描电镜观察薄膜形貌,并测其厚度;测量了随炉硅片的薄膜显微硬度;用摩擦磨损试验机测试了在室温和600℃条件下薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：薄膜平均厚度为4．8μm,硬度为23．7GPa;室温条件下材料的表面摩擦因数为0．60～0．65,600℃条件下摩擦因数为0．61～0．96;CrAlN／氮化H13钢和CrAlN／H13钢在室温摩擦时的耐磨性分别是H13钢的1．9倍和1．7倍,在600℃条件下耐磨性分别是H13钢的1．25倍和7倍。     

有限元法分析不锈钢基体对Ti及Cr薄膜的影响

基于纳米压入的有限元模拟即正向分析,研究304不锈钢(AISI-304SS)基体对Ti及Cr2种金属薄膜的影响。Ti膜相对于AISI-304SS基体为软膜硬基,Cr膜相对于AISI-304SS基体为硬膜软基。为了能反映实际工况,模拟时,基体与膜均采用幂律强化本构模型,弹塑性性能参数已知,压深与膜厚比(hmax/t)介于0.05与0.5之间,步长为0.05。作为对照,对2种薄膜对应的块状材料以及不锈钢基体均作了相应的模拟。模拟发现,基体对薄膜弹性模量的影响相应于对薄膜硬度的影响更为敏感,软膜硬基易于在压痕周围产生径向裂纹,硬膜软基易于在压痕周围产生环向裂纹。     

H13钢表面电火花沉积钼涂层的摩擦磨损特性研究

在H13钢表面电火花沉积钼合金涂层,研究了其组织结构及摩擦磨损特性。结果表明,钼合金涂层由白亮层、扩散层和热影响区组成;钼元素与基体元素相互扩散形成冶金结合;合金层的显微硬度(约为1482HK0.025)较H13钢(280HK0.025)提高5倍左右;电火花沉积Mo合金层后摩擦系数明显降低,磨损质量损失仅为基材的1/7,抗磨性能显著提高。