TiAlN,TiAlSiN涂层的制备及其切削性能

目的研究TiAlN及TiAlSiN涂层的微观结构及力学性能,以及硬质合金涂层刀具切削SUS304不锈钢的切削性能及磨损行为。方法采用阴极电弧离子镀技术在硬质合金试片及铣刀上分别制备纳微米TiAlN及TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层的厚度,用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌,用能谱仪(EDAX)分析涂层元素成分,用X射线衍射(XRD)分析涂层晶相结构,用纳米压痕仪表征涂层硬度,用洛氏硬度计定性测量涂层结合力,通过高速铣削试验探究涂层刀具的切削性能及磨损行为。结果 TiAlN及TiAlSiN涂层的厚度分别为3.32μm和3.35μm,表面致密、光滑,高分辨率(20 000×)下观察到涂层表面有液滴、针孔及凹坑存在。Si元素促进了Ti N(200)晶相的生长,晶粒尺寸减小,硬度增加。TiAlN及TiAlSiN涂层的显微硬度分别为29.6 GPa及37.7 GPa,结合力分别满足VDI-3198工业标准的HF3和HF1等级。在130 m/min的高速切削条件下,TiAlSiN涂层刀具寿命约为未涂层刀具的5倍,TiAlN涂层刀具的1.5倍。结论 Si掺杂制备的TiAlSiN涂层具有高的硬度及良好的抗粘附性,更适用于不锈钢材料的高速切削加工。     

TiO2/Al2O3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究

本文主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备TiO2/Al2O3复合涂层,并揭示了O2-、AlO2-,和Ti4 在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成TiO2、Al2O3和Al2TiO5,不断放电引起的高热能导致Al2TiO5进一步分解成TiO2和Al2O3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-TiO2、R-TiO2和α-Al2O3。耐磨性测试结果表明,与基体相比TiO2/Al2O3复合涂层的显微硬度提高到1100HV,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

沉积时间对AZ91D合金表面Ni-P-SiC复合镀层性能的影响

目的提高镁合金的耐蚀性和耐磨性。方法以AZ91D镁合金为基体,采用SiC颗粒质量浓度为3 g/L的Ni-P化学镀溶液,在其表面沉积不同时间,制备Ni-P-SiC复合镀层。通过扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度测试、粗糙度仪、电化学腐蚀和磨损等试验来分析和评价Ni-P-SiC复合镀层的厚度、表面粗糙度、显微硬度、耐腐蚀性能和耐磨性能。结果 Ni-P-SiC复合镀层的厚度和表面粗糙度随沉积时间增加而增加,沉积时间为150 min时,镀层厚度可达53μm,表面粗糙度为2.5μm。沉积时间为120 min时,镀层的显微硬度最高,为641HV,此时复合镀层的耐蚀性和耐磨性最好,自腐蚀电位高达-0.73 V,腐蚀电流密度为0.78μA/cm~2,磨损体积最小,为1.04×10~(-3)mm~3。与AZ91D镁合金基体相比,沉积复合镀层后的样品更耐蚀,说明复合镀层有效改善了镁合金基体的耐蚀性。结论沉积时间对Ni-P-SiC复合镀层的性能有一定影响,在沉积时间为120 min时获得的复合镀层具有较好的耐蚀性和耐磨性。     

铸造碳化钨粉末物性对激光熔覆陶瓷颗粒增强Fe基复合材料耐磨性能的影响

为研究铸造碳化钨粉末物性对激光熔覆陶瓷颗粒增强Fe基复合材料耐磨性能的影响,将不同制备方法和粒径的铸造碳化钨粉末添加到Fe基合金粉中,在45号钢表面进行激光熔覆以获得高硬度和高耐磨的合金化层。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计分别分析了合金化层的显微组织、物相组成以及显微硬度。利用轮式磨损试验机测试了其常温下的耐磨性能,并进行了比较。结果表明:熔覆层主要由莱氏体组成,碳化钨粉末的制备方法和粒径差异对复合材料的耐磨性能具有重要影响。等离子旋转电极雾化法制备的碳化钨粉末能起到最好的增强耐磨作用,粒径细的碳化钨粉末比粒径粗的粉末增强耐磨效果要好。     

外加电位对Monel400合金海水环境腐蚀磨损性能的影响

目的研究不同恒电位对Monel400合金海水环境腐蚀磨损性能的影响。方法将试样加工成圆柱试样,通过设计的特殊夹具夹紧试样,利用摩擦试验机和电化学工作站做不同恒电位下的磨蚀实验,通过开路电位极化曲线的变化评价合金的电化学性能,通过磨损量的变化评价合金的摩擦性能。通过扫描电镜揭示磨损机理,探讨交互作用机制。结果摩擦过程中的开路电位比静态腐蚀时的低。随着外加电位的增加,腐蚀电流密度增加,摩擦系数降低,总的体积损失量增加。腐蚀磨损存在明显的交互作用。结论摩擦能够破坏合金表面的钝化膜,导致具有更高电化学活性的新表面暴露于溶液中,因此促进了表面腐蚀。而腐蚀产生的腐蚀产物层比较粗糙和疏松,其剪切强度比基底合金低得多,因此当氧化铝块摩擦过合金表面时,很容易去除腐蚀产物层,进而促进了材料损失。腐蚀磨损条件下材料的损失量明显比纯磨损条件下的高。     

添加纳米氧化物颗粒对TC4合金磨损行为的影响

采用摩擦磨损试验机对TC4合金/GCr15钢进行滑动磨损试验,在摩擦界面人工添加纳米氧化物颗粒研究了氧化物种类和颗粒尺寸对TC4合金磨损行为的影响;采用XRD、SEM、EDS等方法表征了TC4合金的磨损特征并探讨了磨损机制。结果表明:氧化物颗粒的种类和尺寸对于TC4合金的磨损行为具有显著影响。TiO_2颗粒急剧促进TC4合金磨损,而Fe_2O_3显著降低磨损;Fe_2O_3粒径越小,TC4合金的磨损失重越小且几乎不随载荷变化而波动。摩擦界面添加TiO_2时,磨损机制与未添加氧化物颗粒的相似,以磨粒磨损和粘着磨损等严重磨损机制为主;当添加Fe_2O_3时,磨损机制由严重向轻微磨损转变。     

激光熔覆制备NiCr/Cr3C2-WS2-CaF2复合材料涂层

以NiCr/Cr3C2-WS2-CaF2复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了高温自润滑耐磨复合材料涂层。采用XRD、SEM和EDS等手段对所制备复合涂层的显微组织进行了分析,并分别测试了涂层在室温、300℃、600℃时的干滑动磨损性能。结果表明:该复合涂层由γ-(Ni,Fe)固溶体基体、Cr7 C3/WC增强相及CrS/WS2润滑颗粒组成;室温时,涂层的磨损率较大;随着温度的升高,由于润滑转移膜的形成,涂层拥有良好的减摩耐磨性能。     

加工镍基高温合金切屑塑性侧流实验研究

通过聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具直角自由切削加工镍基高温合金实验,研究了切削速度、进给量、刀具磨损状态、刀具几何参数及刀具材质对切屑塑性侧流的影响,探讨了切屑塑性侧流对刀具磨损的影响。实验结果表明:切削速度、进给量、刀具磨损及负倒棱角度对切屑塑性侧流影响较大,刀具材质及刃口钝化影响很小;切屑塑性侧流现象在低速、较大进给量、较大负倒棱前角以及刀具磨损量较大的条件下比较明显,且当速度超过某值(v=62.4 m/min)时,切屑侧流达到稳态;切屑塑性侧流产生的锯齿形毛刺是刀具前刀面两侧产生沟槽磨损的主要原因。     

非平衡磁控溅射制备CrTiAlN/GLC复合涂层的表面性能及摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在新型冷作模具钢表面制备CrTiAlN/GLC复合涂层,并应用拉曼光谱(Raman)、纳米压痕、磨损试验等测试方法分析与考察该复合涂层的组织结构、纳米硬度、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN/GLC复合涂层由CrTiAlN和以sp2为主的非晶及微晶结构GLC组成,其纳米硬度(17.38 GPa)介于CrTiAlN与GLC单一涂层之间,但有最高的弹性模量(186.35 GPa),并与基体结合状况良好(临界载荷Lc≥60 N)。此外,复合涂层还明显地改善了基体表面的摩擦学性能,干摩擦系数为0.1～0.35,油润滑磨损率(<0.7×10-12mm3/N.mm)约为基体(1.36×10-12 mm3/N.mm)的50%。     

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6A14V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能.结果表明,两种工艺制各的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制.300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低.锆-氮异步渗处理则使Ti6A14V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50％以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配.