强流脉冲电子束熔覆Al-Pb合金涂层的显微组织与摩擦磨损性能EI北大核心

为改善Al-Pb合金的表面硬度和耐磨性能,利用强流脉冲电子束(high current pulsed electron beam,HCPEB)对涂敷在纯铝(Al)表面的铅(Pb)层进行辐照合金化处理,制备具有优异性能的Al-Pb合金化层。采用3D激光扫描显微系统(laser scanning microscope,LSM)测量表面粗糙度;利用带能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)的场发射扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析辐照合金化前后Al-Pb涂层的微观形貌、结构与元素分布;随后使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)观察合金层的物相组成;利用透射电镜(transmission electron microscope,TEM)精细表征Al-Pb合金层的微观结构,最后测试辐照前后样品表面的显微硬度、平均摩擦因数与磨损率并分析硬度及磨损增强机理,探究和总结材料表面性能强化机制,建立辐照合金层表面-微观组织-表面性能之间的内在联系。结果表明:经过HCPEB辐照处理后,Al基体与Pb涂层呈现良好的冶金结合,并在30次辐照后制备了10.2μm厚的Al-Pb合金层;与纯铝及原始涂层相比,辐照30次后(111)Al晶面衍射峰发生了宽化,同时衍射峰的位置也向低角度发生微小移动,这表明基体表面Al晶粒在HCPEB表面合金化处理后得到了显著的细化且晶胞发生膨胀,晶格常数增大;HCPEB诱发样品表面形成了亚晶、位错、位错胞、少量的Al(Pb)固溶体以及大量纳米级富Pb颗粒。性能测试结果表明,经电子束辐照后Al-Pb涂层表面的硬度和耐磨性显著提高。     

脉冲电子束作用下热障涂层微观结构及热循环性能

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对大气等离子喷涂(APS)技术制备的热障涂层(TBCs)进行表面处理,探究HCPEB辐照对TBCs微观结构以及热循环性能的影响。热循环实验采用950℃炉温加热并随后水淬。采用X射线衍射,扫描电子显微镜详细分析了辐照前后涂层表面微观结构及相组成。X射线分析结果表明,HCPEB辐照后陶瓷层中单斜相m相含量降低;此外,衍射峰发生宽化及偏移说明伴随有晶粒细化以及残余应力产生。微观结构观察表明,HCPEB辐照后热喷涂缺陷消失,涂层发生重熔,涂层表面粗糙度降低,且重熔层内部有网状垂直微裂纹以及柱状晶产生。热循环实验表明,250次热循环后原始涂层发生整体剥落,涂层失效;而HCPEB辐照后涂层并未出现明显的剥落迹象,仅存在水平裂纹的扩展,涂层的热循环寿命明显提高。     

强流脉冲电子束辐照YG10硬质合金表层组织及磨损性能研究

利用强流脉冲电子束(HCPEB)进行YG10硬质合金表面辐照处理。通过金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射方法分析表层显微组织演变,并测量样品表面显微硬度和磨损性能变化规律。分析表明,HCPEB辐照引发YG10样品表层快速熔凝,原始微米尺寸的WC晶粒转变为纳米细化组织,Co粘结相消失,表面产生网状微裂纹,改性层(厚度约1.5μm)中的WC逐步转化为WC_(1-x)相,同时伴随纳米碳粒子、W_2C相的析出和重新分布过程。样品表面显微硬度随脉冲次数增加呈线性提高,由原始的1735.8 Hv增加到35次脉冲的3128.5 Hv。6次脉冲处理样品的耐磨性能最佳,磨损率降为原始样品的40%,表层纳米细化组织和弥散碳粒子析出是耐磨性能改善的主要原因。     

20钢强流脉冲电子束表面合金化的微观组织和性能

为改善20钢件的表面性能,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术与预置涂层相结合的技术在20钢表面合金化Cr元素以获得高性能的合金复合改性层。利用X射线衍射、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度计以及多功能微机电化学分析仪对合金化层的显微组织以及性能进行研究。结果表明:20钢经过HCPEB辐照合金化后,形成了厚度约为4~6μm的合金化改性层,Cr元素在样品表层发生了固溶和扩散。部分渗碳体在辐照诱发的应力作用下出现弯折、粒化等现象,并在基体溶解与Cr结合析出颗粒细小弥散的Cr_(23)C_6增强相。HCPEB辐照合金化后材料表层显微硬度提高了35%,腐蚀电流密度降低了1个数量级。     

不同热喷涂技术制备铁基涂层摩擦学性能研究

采用高速电弧喷涂(HVAS)、超音速等离子喷涂(HEPJ)、爆炸喷涂(DGS)三种工艺喷涂技术,制备了铁基涂层.借助X射线应力测定仪、CETR摩擦磨损试验机、纳米测试仪等工具,考察了三种涂层表面残余应力场与(211)晶面半高宽,研究涂层在室温下的摩擦磨损性能.结果表明:爆炸喷涂(DGS)制备的铁基涂层相对于另外两种涂层具有更好的耐磨性,主要原因为爆炸喷涂(DGS)制备的同种材料的涂层表面表现为残余压应力,纳米硬度较大,晶粒较小,涂层致密.涂层表面的残余应力与涂层的摩擦性能有很好的对应关系,晶粒细化与涂层表面晶格畸变的增加可以有效地提高涂层的耐磨性能.     

强流脉冲电子束对4Cr13不锈钢的表面改性

为了改善4Cr13不锈钢的表面强度和耐磨性,对其进行了强流脉冲电子束表面辐照处理,研究了该处理对4Cr13的形貌、相结构、显微硬度及耐磨性能的影响。结果表明：电子束处理后,不锈钢表面出现多种形态的熔坑,20次脉冲处理时熔坑边缘出现了大量的变形孪晶;脉冲电子柬处理使不锈钢发生了由α相向γ相的转变,表层晶粒细化至纳米尺度;...     

线圈扫描速度对感应熔覆Ni CrBSi涂层组织与性能的影响

以自熔性合金粉末Ni60为原料采用预置涂层结合高频感应熔覆技术在45钢基体表面制备了NiCrBSi涂层别用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和CETR摩擦磨损试验机等设备研究了感应线圈扫描速度对涂层微观组织、显微硬度和摩擦学性能的影响。结果表明,感应熔覆NiCrBSi涂层组织致密、内部无孔隙和裂纹等缺陷,涂层由γ-Ni/Fe基质相和弥散分布的Cr_7C_3、Cr_(23)C_6、CrB等硬质析出相构成。熔覆层最高硬度为980HV_(0.2),涂层内部残余应力呈压应力状态。随着线圈扫描速度的增大,涂层热输入量降低,熔池冷却凝固速度加快,一方面导致界面区域元素扩散减弱,涂层稀释率降低界面过渡区宽度减小;另一方面造成涂层晶粒和析出相尺寸细化,涂层显微硬度升高,涂层磨损形式由以粘着磨损为主向以磨粒磨损为主转变同时残余压应力增大,使得涂层耐磨性提高。     

Q345钢激光熔覆镍基WC合金的组织与耐磨性能

为进一步提高Q345钢激光熔覆层的耐磨性能,利用激光熔覆技术在Q345钢表面制备了70%Ni60A+30%WC熔覆层(质量分数)。采用X射线衍射仪及扫描电镜分析了熔覆层的物相、显微组织,采用摩擦磨损试验研究其耐磨性能。结果表明,Q345钢表面激光熔覆镍基WC合金对其表面的晶粒细化、显微硬度和耐磨性等都有很大提升。     

纳米CeO2对激光熔覆Fe/Cr3C2复合涂层组织与磨损性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪及滑动磨损试验,研究了1%纳米CeO_2(质量分数)对低碳钢表面激光熔覆Fe/Cr_3C_2复合涂层的组织结构和耐磨性能的影响。结果表明,Fe+Cr_3C_2+1%CeO_2复合涂层的主要组成相是α-Fe、γ-Fe、Cr_3C_2、Cr_(23)C_6及Cr_7C_3等化合物相;加入1%纳米CeO_2后,复合涂层组织明显细化,未熔Cr_3C_2数量显著减少,初生碳化物由粗大杆状向块状转变,数量增加,分布均匀,有效抑制和消除了裂纹的形成;复合涂层硬度和耐磨性能显著提高,Fe+30%Cr_3C_2+1%CeO_2涂层截面显微硬度提高105HV,增幅达到15.4%,且涂层沿深度方向硬度分布均匀性得到明显改善。     

强流脉冲电子束作用下Ti2AlNb微观结构状态与耐腐蚀性能研究北大核心CSCD

利用强流脉冲电子束(HCPEB)对Ti2AlNb合金进行辐照处理,利用X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对辐照后合金的显微组织结构进行分析,结果表明,辐照后表面形成大量火山状熔坑,随着辐照次数的增加,熔坑的密度显著减少,辐照后合金发生α+β→O相变,β和O相显著细化;辐照后表层形成了一层厚度约为4μm的重熔层,重熔层中Al发生过饱和固溶而富Al;辐照在亚表层产生高幅值的应力和温度梯度,造成亚表层发生强烈塑性变形,生成高密度的位错,孪晶和层错等缺陷结构。辐照后试样的耐腐蚀性能得到了提高,这主要归因于辐照后产生的表面净化效应和成分均匀化,表面富Al生成致密的Al_(2)O_(3)保护膜以及Al的增强扩散修复腐蚀过程中损耗的Al_(2)O_(3)膜,提高了Ti2AlNb合金的耐腐蚀性能。     

强流脉冲电子束作用下Cu表面合金化Mo研究

钼（Mo）与铜（Cu）之间属于二元互不固溶体系,然而结合了Mo的高温硬度和强度以及Cu的导电导热等优异性能的Cu-Mo复合材料却在电触头、散热元件等领域有着重要的应用。存在的问题是Cu-Mo之间的固溶度极低,难以实现合金化,从而极大地限制了Cu-Mo复合材料优异性能的发挥。该研究尝试采用强流脉冲电子束（HCPEB）技术实现Cu-Mo互不固溶体系的合金化,从而达到改善材料表面力学性能的目的。利用HCPEB辐照预制Mo涂层粉的Cu基体进行辐照,研究不同脉冲次数对样品固溶度、相结构和表面硬度的影响。结果表明,HCPEB辐照可以有效提高Cu-Mo互不固溶体系的固溶度,15次辐照后,Mo在Cu基体中的固溶度达到最高;随辐照次数增加,Cu(Mo)固溶体受热脱溶影响导致合金层中的固溶度反而有所降低。微观结构图像显示,15次HCPEB辐照后样品表层中可观察到大量的球形以及摩尔形态的Mo颗粒;当辐照次数增加到35次后,Mo颗粒大多倾向于分布在晶体缺陷处,且脱溶析出的Mo颗粒与基体存在一定的取向关系。性能测试结果表明,HCPEB合金化处理后Cu(Mo)合金化表层的硬度与辐照次数呈统一变化趋势,即随辐照次数...     

熔覆电流对Inconel 625涂层组织与性能的影响

为了提高合金钢表面熔覆镍基合金涂层的质量,研究工艺参数对镍基合金涂层性能的影响,采用等离子熔覆技术制备Inconel 625涂层,利用金相显微镜、XRD观察并测试涂层的显微组织形貌与物相组成,采用电化学方法、显微硬度测试以及摩擦磨损试验研究了熔覆电流对涂层耐蚀性能和耐磨性能的影响规律。结果表明：熔覆电流改变了Inconel 625涂层的组织形貌和γ-Ni相不同晶面的择优倾向,当熔覆电流为80 A时获得组织细小、结构致密、(111)晶面择优生长的镍基合金涂层;与熔覆电流分别为60,70,90 A条件下制备的涂层相比,该涂层的腐蚀倾向最小,腐蚀速率最低,钝化区间最大,耐蚀性能优异;Inconel 625涂层的显微硬度值显著大于基体,当熔覆电流为80 A时涂层的显微硬度值最大,约为基体的1.89倍,耐磨性能最佳。     

纳米陶瓷等离子喷涂层硬度的Weibull分布及与涂层组构的对应特性

等离子喷涂层的硬度是反映其耐磨性、强度、使用寿命的重要指标,它与涂层的组构有对应的关系,但其测定结果分散性较大。为了精确测量陶瓷等离子喷涂层的硬度,在NiCrAl合金表面等离子喷涂制备了Al2O3-13%TiO2(AT13)纳米陶瓷涂层(ncc)和对照用微米涂层(mcc),采用显微硬度测试仪测量了其显微硬度,研究了其Weibull分布特性,通过SEM、XRD等分析了ncc涂层显微硬度与微观组织结构的关系,并通过TEM对涂层的微区结构进行了表征。结果表明:ncc涂层的平均显微硬度显著高于mcc,且呈双态分布;两者硬度的Weibull分布呈分散性,但ncc涂层的分布较均匀,微裂纹细小且粒径小,以α-Al2O3和γ-Al2O3及少量金红石型TiO2为主要物相;ncc涂层具有优异的力学性能主要归因于其组织的晶粒细化、纳米TiO2颗粒镶嵌于Al2O3孔隙中、Al2O3微晶弥散分布、微裂纹韧化等。     

空间部件表面Ti/MoS_2润滑涂层性能研究

采用中频非平衡反应磁控溅射法分别在单晶硅P(111)及钛合金基材表面制备了Ti/MoS_2复合涂层。采用原子氧辐照模拟装置考察涂层在原子氧辐照环境的抗氧化性能。利用高真空摩擦试验机分析涂层在原子氧辐照前后的摩擦学性能,并探讨了Ti掺杂对涂层的结构和摩擦学性能的影响。结果表明:Ti/MoS_2复合涂层结构致密,涂层(002)的晶粒取向使其具有低的摩擦系数。Ti元素掺杂提高了涂层的抗氧化性,摩擦产物较少使其在真空环境和原子氧辐照环境下具有优异的耐磨性能。将其用在空间部件表面可显著提高部件抗氧化能力及摩擦磨损性能,从而提高部件空间使用寿命。     

基于PVD-TiN和TiSiN涂层的Al2O3/TiCN陶瓷刀具及其切削性能研究

采用物理气相沉积(Physical vapor deposition, PVD)工艺在Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具表面分别沉积了TiN和TiSiN涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层微观结构, 采用显微硬度计和划痕仪分别表征涂层硬度和测量涂层与基体的结合强度。通过对涂层刀具进行连续干切削灰铸铁实验, 研究TiN和TiSiN涂层对刀具磨损特征的影响并探讨其磨损机理, 同时研究了涂层对工件加工表面质量的影响。结果表明: PVD涂层可显著提高Al₂O₃/TiCN陶瓷的刀具硬度。TiN涂层和TiSiN涂层可分别提高刀具表面硬度25%和65%, 从而增加刀具耐磨性。两种涂层刀具在连续切削灰铸铁实验中主要的失效机理均是挤压变形下的磨粒磨损, 其中TiN涂层刀具还伴随有粘结磨损; 刀具上的PVD-TiN和TiSiN涂层可以有效保护Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具基体, 防止崩刃, 进而改善工件表面加工质量。     

喷丸强化对7050铝合金微观组织和耐磨性的影响

目前,有关增压喷丸对7050铝合金耐磨性能的影响研究鲜见报道。通过增压喷丸方式在7050铝合金表面制备纳米晶层;用X射线衍射仪、光学显微镜、透射电镜观察并分析了纳米晶层的组织结构,统计了晶粒尺寸大小和变形层的厚度;通过维式硬度计测量了样品喷丸前、后的显微硬度;采用钻盲孔法测试了残余应力的分布;在油润滑条件下对喷丸前、后样品进行了摩擦磨损试验,通过磨损失重和形貌对比分析了耐磨性能。结果表明:增压喷丸使7050铝合表面发生严重的塑性变形,变形层平均厚度约为140μm,表层纳米晶粒平均尺寸约为80 nm,硬度比基体提高了1.38倍,耐磨损性提高了1倍以上。试样表面经增压喷丸撞击产生的塑性变形引起的晶粒细化以及加工硬化现象的共同作用,是其显微硬度和耐磨性能提高的主要原因。     

选区激光熔化线能量对Inconel718涂层组织结构及性能的影响

采用选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM),在55Mn2钢表面成形Inconel718涂层。系统研究不同激光线能量密度(η)对涂层表面组织形貌、相对致密度、显微硬度及涂层基体间剪切结合强度的影响。结果表明:随着激光线能量密度的提高,涂层表面因液体球化现象产生的球形颗粒减少,内部析出的δ相逐渐细化、柱状晶均匀分布。涂层内部结构致密度和显微硬度随着激光线能量密度的提高而逐渐增加,当线能量密度为357.14 J/m时,致密度达到99.6%,显微硬度达到428.6HV_(0.2)。由剪切断口形貌可知涂层与基体间为韧性断裂机制,涂层与基体间的抗剪切强度在实验参数范围内为基体的1.9～2.15倍。本研究对采用激光选区熔化技术修复和强化轧辊表面提供了实验及理论依据。     

热处理对Ni-P-A12O3化学复合镀层摩擦磨损性能的影响

热处理可显著提高镀层的硬度和耐磨性能。采用化学镀的方法在45钢表面制备了Ni-P-纳米A12O3复合镀层,并以不同温度对其热处理,研究了镀层热处理前后的物相、硬度和耐磨性能。结果表明：400℃热处理后,Ni-P-A12O3复合镀层达到稳态,稳定相是Ni＋Ni3P＋NiO＋A12O3;镀层的显微硬度随热处理温度的升高而先增加后降低;随着镀液中纳米A12O3,（n-A12O3）颗粒含量的增加,热处理前后镀层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低;镀液中n-A1203颗粒含量为2．0g／L,400℃热处理1h的复合镀层的显微硬度和耐磨性能最佳。     

激光熔覆Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层的显微组织与性能研究

采用CO2激光熔覆技术在AISI 1045钢基底上制备了Al_xCrFeCoCuNi涂层。通过改变Al的含量来研究其对显微组织和耐磨性能的影响。涂层的微观结构、化学成分和相结构分别通过扫描电镜、能谱和X射线衍射进行了分析。研究结果表明,Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层主要包括熔覆层、结合区和热影响区。熔覆层和基底具有很好的冶金结合。熔覆层主要由等轴晶和柱状晶组成。XRD分析可知,由于高熵效应使得Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层相结构主要为简单面心和体心立方结构。Al_xCrFeCoCuNi的表面硬度最高可以达到758Hv,是基底的3倍,而且显微硬度随着Al含量的增加而升高。Al含量高的涂层具有高的硬度,从而提高了耐磨性能。     

强流脉冲离子束辐照对DZ4镍基高温合金表面结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束(HIPIB)辐照DZ4镍基高温合金表面,离子束的加速电压为250 kV,脉冲宽度为70ns,束流密度为100A/cm2,脉冲次数分别为2,5,10和15次.根据扫描电镜分析得出,脉冲次数少时(2次和5次)离子束辐照后DZ4合金的表面出现熔坑,随着辐照次数的增加,表面的熔坑数量减少,多次脉冲(10次和15次)处理后,表面熔坑基本消失,表面变得平整;并且在近表层大约1μm～2 μm范围内晶粒细化.X射线衍射分析显示离子束处理后表面层存在压应力.HIPIB辐照处理使DZ4合金的表面在200 μm的范围内硬度有提高,同时其耐腐蚀和耐磨性能有明显提高.