等离子喷涂工艺稳定性对陶瓷涂层组织和性能的影响

采用正交试验设计方法研究了等离子喷涂主要工艺参数对Cr2O3涂层组织、抗拉结合强度和耐蚀性的影响,并用方差分析方法对试验结果进行分析。结果表明,影响涂层性能和性能稳定的最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度;涂层内孔隙率是影响涂层结合性和耐蚀性的主要原因;陶瓷涂层的腐蚀为陶瓷层内部的化学腐蚀。     

自蔓延高温合成TiC-Ni金属陶瓷的热力学编程计算与分析

根据热力学原理对Ti、C、Ni三元体系进行热力学编程计算,绘出了标准反应自由焓随温度变化的曲线、绝热温度随Ni含量变化的曲线以及绝热温度随预热温度变化的曲线,通过对曲线进行分析认为：Ti、C、Ni三元体系的主反应是Ti C=TiC;体系的绝热温度随Ni含量的增加而下降,当预热温度为600K时,最佳的理论Ni含量约40％;体系的绝热温度随预热温度的升高而升高,当Ni含量过大,体系的绝热温度小于1800K时,可以适当提高预热温度,来确保反应的自发进行。     

超音速火焰喷涂TiC-TiB2增强Ni基涂层的研究

利用超音速火焰喷涂技术在45号钢基体上制备了2种TiC-TiB2增强Ni基涂层,研究了涂层的组织和性能并与Ni60涂层进行对比分析.结果表明,含Ti-B4C自反应组元粉末的喷涂火焰呈明亮的白炽状态,火焰温度明显高于喷涂Ni60粉末的火焰温度,TiC-TiB2陶瓷增强Ni基涂层的显微硬度和耐滑动磨损性能明显优于Ni60涂层.Ti-B4C-Ni团聚态粉末形成的涂层中陶瓷相均匀分布在金属基体中,颗粒细小,在摩擦过程中不易脱落,有效提高了片层强度和硬度,增强了涂层的耐磨性.而Ti-B4C团聚态粉与Ni60机械混合粉末形成的涂层中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,使得涂层的结合性和耐磨性略有降低.     

超音速火焰喷枪气体流场的数值模拟分析

利用计算流体动力学(CFD)模型分析超音速火焰喷涂喷枪内气体流动行为。结果表明:RNGk-ε湍流模型计算出的气体流场波动较大,与实际不符;标准k-ε模型和Realizablek-ε模型所模拟计算出的结果更能描述喷枪气体动力学。模拟结果显示:燃烧室中回流区的存在增强了气流的湍流扰动,为改善燃料与助燃气的混合创造了条件;氧气流量变化对喷枪内温度场和压力场分布的影响较速度场更大,流量过大(0.006 kg/s)或过小(0.003 kg/s)造成的震荡剧烈,流量值为0.00388 kg/s较为恰当。     

单枪共喷异种粒子涂层结构及结合强度分析

选用Cr3C2-NiCr粉末、Ni包MoS2粉、Ni60粉末以及3种粉末的混合粉末,采用超音速火焰喷涂技术制备涂层试样.研究了异种粒子共喷对涂层的显微组织结构特征和涂层的结合强度的影响.研究结果表明:与喷涂单一粒子相比,单枪共喷异种粒子在堆叠过程中更容易形成孔隙,造成涂层组织疏松;与单一粒子涂层相比,单枪共喷异种粒子涂层的结合强度明显下降;异种粒子共喷涂层的结合强度与异种粒子的配比相关.     

独立阳极对石油钻杆内壁离子渗氮过程的影响

目的利用脉冲离子渗氮提高石油钻杆内壁性能。方法在钻杆内部插入独立阳极,利用钻杆内部空腔作为渗氮炉体,完成钻杆内壁离子渗氮。通过测定渗氮过程的温度分布并对渗层的硬度分布、耐蚀性及耐磨性能进行测定,分析独立阳极对钻杆内壁渗氮过程、渗层显微组织、耐磨耐蚀性能的影响。结果采用L1700长阳极时的温度场比采用L600短阳极均匀。采用L600短阳极时,随距阳极距离的增加,渗层厚度减小。采用L1700贯穿长棒时,渗层形貌和厚度呈对称分布,渗氮层的显微硬度由表及里逐渐降低。两种不同阳极相比,L1700硬度变化更平缓。盐雾腐蚀及摩擦磨损试验表明,采用L600短阳极时,随着距离的增大,性能下降,而采用L1700长阳极时,性能呈对称分布,中间位置性能最低。结论采用内置独立阳极的方法可以实现钻杆内壁离子渗氮,独立阳极的影响范围约为260 mm。采用L1700长阳极渗氮后,表层最高硬度可达848.0HV_(0.2),渗层最小厚度0.33mm。L1700试样腐蚀速率最大为1.6917×10~(-5)g/(mm~2·h),磨损率最大为1.5513×10~(-7) mm~3/(N·m)。     

600MPa级超细晶粒钢摩擦焊过程性能分析

利用摩擦焊对直径为13 mm的600 MPa级别的超细晶粒钢进行了焊接. 结果表明,严格控制摩擦焊工艺参数,超细晶粒钢具有良好的摩擦焊焊接性. 超细晶粒钢摩擦焊接头热影响区出现了轻微的晶粒长大,尺寸至9~11 μm. 接头性能分析表明,超细晶粒钢摩擦焊接头强度可达715 MPa,断面伸长率22%,断面收缩率68%,冲击韧性可达98 J,呈典型的韧性断裂. 急停试验表明,摩擦焊过程中变形区金属在摩擦扭矩和轴向压力大作用下,沿着轴向、切向、径向三个方向流动. 随摩擦时间的增加,不同区域的晶粒的尺寸都略有增加,其中以高温区增加最为明显.     

多功能复合陶瓷涂层的组织与性能研究

本工作试验研究了用于机械,尤其是石油化工机械中的具有耐磨、耐蚀和耐热等多功能的陶瓷涂层。以氧化铬为研究对象,采用等离子喷涂技术,研究解决热喷涂陶瓷涂层中的三个主要问题,即涂层中的残余应力、微孔洞和层间界面的弱结合。为此,系统研究了喷涂工艺参数波动、涂层结构和添加剂对氧化铬陶瓷涂层组织和性能的影响及其相互关系;涂层的热震、磨损和腐蚀失效规律和机制;建立了陶瓷涂层抗热震失效寿命的表达式。结果表明,影响涂层性能最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度。从基体到陶瓷层,通过涂层成分逐渐变化可以制备梯度涂层,并且多层复合涂层的综合性能优于双层涂层,其中,四层阶梯复合涂层的综合性能最佳,其次是五层梯度涂层。在氧化铬材料中,加入3.0％氧化铈,可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,从而提高氧化铬涂层的综合性能;陶瓷涂层热震失效的本质为热疲劳失效。在滑动磨损条件下,涂层的磨损失效主要是循环接触应力导致的疲劳磨损。涂层的腐蚀失效是陶瓷层自身的化学腐蚀和粘结结层/基体界面的电化学腐蚀。试验结果证实了涂层热震失效寿命定量表达式的有效性和适用性。首先提出并定义的临界热震温差范围可作为评价涂层抗热冲击性能的指标和使用依据。     

石墨对镍基固体润滑涂层组织与性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术在45钢表面制备了含石墨和MoS2双组元润滑剂的Ni基固体润滑涂层,研究加入石墨(含量0%～9wt%)对涂层组织和性能的影响及双组元润滑剂在涂层中的相互作用.结果表明,随着石墨含量的增加,涂层中的孔隙增加,结合强度降低,摩擦系数和磨损率先下降后上升.石墨含量为3.0%时,石墨与MoS2的协调作用有利于保障涂层摩擦表面润滑相的连续形成,涂层摩擦系数为0.26,磨损率为0.82×10-3 mg·s-1,减磨性最优.     

MoS2含量对Ni基固体润滑涂层性能的影响

采用超音速火焰(HVOF)喷涂的方法在45钢表面制备四种含有MoS2的镍基固体润滑涂层,并研究了MoS2含量对涂层组织和性能的影响.结果表明,MoS2作为一种软质润滑相存在涂层中,能显著降低涂层的摩擦系数和磨损率;随着MoS2含量的增加,涂层中的润滑相和孔隙均增加,而显微硬度和结合强度却呈明显下降趋势.当MoS2含量为6.0%时,涂层的磨损率为0.38×10-3mg·s-1,耐磨性最优.