超级爆炸喷涂镍基钴基涂层高温氧化及摩擦磨损性能

目的针对装备向高温高速发展的需求,开展NiCr-Cr_3C_2、CoMoCr及NiCr Al Y涂层的高温摩擦磨损性能对比研究。方法针对上述三种涂层,通过超级爆炸喷涂工艺进行涂层制备,并测试涂层孔隙率、显微硬度、结合强度等基本性能,开展650℃/260 h的抗氧化试验和400、650℃的销盘式摩擦磨损试验,对比涂层的各项性能和在高温条件下的氧化质量增量、摩擦系数、磨损质量损失。结果抗氧化试验后,NiCr-Cr_3C_2、CoMoCrSi及NiCrAlY涂层氧化增重0.18、0.1、0.005 mg/(cm~2·h)。650℃时,摩擦系数分别为0.5、1.0、0.6。结论超级爆炸喷涂工艺制备的涂层组织、结合强度均优于等离子喷涂等常规喷涂工艺。高温下的氧化产物Co_3O_4与Cr_2O_3对高温摩擦系数有不同的影响。NiCr-75Cr_3C_2和NiCrAlY涂层在400、650℃可作为与SG37A材料的对磨副材料。     

复杂箱体类构件表面多功能涂层技术研究及应用

目的 解决某产品箱体等复杂构件耐磨、减摩、抗烧蚀、残渣难清理引起的腐蚀等问题。方法 开展协合涂层工艺研究及应用试验验证,通过扫描电镜观察(SEM)、成分能谱分析(EDS)及厚度、硬度、附着强度(热震法)、中性盐雾试验、球盘式摩擦磨损试验等对涂层进行性能测试。结果 该涂层厚度均匀可控,与基体结合力强,在300~500 ℃共5个热震循环后,结合力未受影响。硬度高,超过800HV1.0,与铬镀层相当。耐磨性及耐腐蚀性好,6 000次摩擦磨损试验后,无明显磨痕,中性盐雾1 200 h为评级为8级。通过涂层制备工艺对高频淬火部位性能影响研究分析,摸清了涂层制备对高频淬火部位的影响规律。通过箱体等复杂零件试生产,解决了涂层“发花”及“气馕袋”等制备问题。结论 经多轮产品试验验证,该涂层完全能满足产品使用要求。     

爆炸喷涂制备BaF2+CaF2+Cr3 C2/Ni-Cr涂层的组织及性能

采用爆炸喷涂工艺制备出BaF2＋CaF2＋Cr3C2／Ni—Cr涂层,为找到粉末性质对涂层性能的影响关系,利用XRD衍射分析、光学显微分析、扫描电镜分析、能谱分析及显微硬度分析等方法研究对比了不同种类粉末制备出的涂层的形貌、成分及显微硬度。研究结果表明,BaF2＋CaF2＋Cr3C2／Ni—Cr粉末在爆炸喷涂制备涂层的过程中氟化物会有损失,涂层中的Ca元素和Ba元素的质量分数低于其在粉末中的质量分数;包覆型粉的沉积效率高于机械混合型粉,前者制备的涂层中氟化物含量稍高于后者。     

电弧离子镀TiN涂层沉积工艺研究

目的优化电弧离子镀沉积TiN涂层的制备工艺,分析不同N_2/Ar条件对涂层微观结构和力学性能的影响机制,进一步强化和研究TiN涂层的优异性能。方法采用带有附加线圈磁场的电弧离子镀技术在不同N_2/Ar条件下制备TiN涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、超景深显微镜、维氏硬度计、薄膜应力仪和高温摩擦机观察涂层微观结构、测试力学性能。结果随着N_2/Ar流量比的增加,涂层表面形貌得到改善,大颗粒的数量和尺寸明显减少,表面变得光滑致密。TiN涂层的生长取向由沿(110)晶面择优生长,逐渐转变为沿(111)晶面择优生长。涂层显微硬度呈上升趋势,硬度最高为2260HV;当N_2/Ar流量比为2:1时,摩擦系数最低为0.71,磨损率最低为1.5×10~(-2)μm~3/(N·μm),磨痕边界清晰,大颗粒和磨屑较少。结论当N_2/Ar流量比为2:1时,TiN涂层结构致密,且具有最佳的各项力学性能。     

YSZ-W复合涂层的制备及抗烧蚀性能研究

目的在TC4表面制备均匀致密的YSZ-20%(体积分数)W(ZW2)复合涂层,以提高其抗烧蚀性能,并对其在超音速燃流中的烧蚀响应机制进行初步探究。方法以8YSZ和W粉为原料,采用喷雾干燥-真空烧结工艺制备喷涂用ZW2复合粉末,利用大气等离子喷涂技术(APS)制备ZW2复合涂层,采用超音速火焰冲刷法(SCF)测试涂层的抗烧蚀性能。结果在1500℃的真空环境下烧结2 h后,ZW2复合粉末原始颗粒之间的结合方式由PVA交联结合转变为冶金结合,烧结粉末的松装密度和流动性较造粒粉末分别提升632.3%和39.8%。APS制备的ZW2涂层的孔隙率为9.5%±0.8%,经SCF考核5 s后,500μm厚的ZW2涂层可以使TC4钛合金基体免于烧蚀,仅在ZW2涂层表面形成了厚度约为30μm的ZrO2-WO3疏松顶层。结论利用APS工艺可以制备均匀致密的ZW2复合涂层,真空烧结处理提高了ZW2复合粉末的APS工艺适应性。ZW2涂层有效地提高了TC4的抗烧蚀性能,烧蚀过程中低熔点WO3的形成缓解了烧蚀过程中涂层内部的热应力,从而避免了涂层提前剥落失效。     

钛金属材料干摩擦磨损特性研究

目的研究钛金属材料干摩擦磨损失效机制。方法选用TA2工业纯钛和TC4钛合金材料,采用CETR UMT-3多功能摩擦磨损测试仪进行往复摩擦磨损试验,采集摩擦系数曲线,计算摩擦系数均值,从动态和静态分析钛金属材料的摩擦特性。采用Micromet-6030型自动显微硬度计测量样品材料表面硬度值,通过表面硬度分析耐磨损性能。采用Nova Nano SEM 650场发射扫描电镜并配置能谱仪对磨损表面和磨屑进行微观形貌观察和元素成分计量分析,从微观角度分析钛金属材料的磨损机理。采用Olympus Lext OLS3000-R型激光共聚焦显微镜测量磨损体积和轮廓,并观察磨损表面的三维形貌。结果频率对钛金属材料的摩擦系数和耐磨损性能影响较大,随着频率的加快,摩擦系数增大,数据跃变幅度增大,磨损体积随之增大。载荷对摩擦系数影响相对较小,随着载荷增大,在摩擦初期,摩擦系数有下降交汇趋势;摩擦后期,摩擦系数才明显上升,载荷与磨损体积之间基本呈线性增长关系。钛金属材料的磨痕呈现为"擦后型,随着载荷的增大和频率的加快,磨损体积轮廓呈现出加深变宽的趋势。TC4的表面硬度约为359.2 HV,TA2的表面硬度约为247.8 HV,前者比后者高出约111.4 HV。在相同试验条件下进行干摩擦磨损试验,TA2的磨损体积约为TC4的2.5倍,TA2的耐磨损性能相对较差。TA2的磨屑为细小的颗粒状磨屑,磨损表面存在严重的剥层脱落特征;TC4的磨屑粒径大小不一,在低频低载状态下,磨损表面有犁沟痕迹,不存在明显的剥落坑。随着载荷和频率的增大,摩擦表面层出现裂纹和碎化剥落现象。结论 TA2的磨损机制主要是剥层磨损和磨粒磨损。在低频低载状态下,TC4的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损,随着载荷和频率的升高,在瞬时闪现温度和载荷的作用下,其磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损。     

H13钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的显微硬度及耐磨性影响

目的 提高H13热作模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法 通过多弧离子镀技术,分别对未经热处理的H13钢、淬火H13钢以及氮化H13钢的表面进行多弧离子镀沉积CrAlN涂层,并分别对这3种基体上的CrAlN涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行研究。结果 涂层表面均较为平整,且出现了白色小颗粒。经过淬火和氮化处理后,H13钢CrAlN涂层的显微硬度达到3 300HV以上,达到基体的14倍多。与基体的摩擦系数相比,淬火和氮化处理后,H13钢的摩擦系数比基体低,镀膜后的摩擦系数比基体高。氮化H13钢表面CrAlN涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损共同作用,淬火H13钢的CrAlN涂层磨损机理主要是黏着磨损;淬火和氮化后H13钢基体上CrAlN涂层的耐磨性均得到较大的提高。     

低压等离子喷涂制备ZrB2-TiC复合涂层 及其烧蚀性能研究

目的探索低压等离子喷涂制备ZrB_2-TiC复合涂层工艺及其烧蚀性能。方法采用喷雾造粒技术制备适用于低压等离子喷涂的ZrB_2-TiC球形粉体,再采用低压等离子喷涂技术在高强石墨基体表面制备ZrB_2-TiC复合涂层。利用氧-乙炔火焰考核涂层的抗烧蚀性能,采用红外测温仪测试烧蚀过程中涂层的表面温度,分别采用扫描电镜、EDS及XRD分析涂层的表截面形貌、元素及物相。结果 ZrB_2-TiC复合涂层呈等离子喷涂层状结构特征,内部孔隙率达到10.8%,涂层与高强石墨之间的结合强度约5.4 MPa。喷涂后涂层产生了ZrTiB4、ZrTiC2新相。涂层经过2000℃氧乙炔烧蚀5min后,保持完整,未出现裂纹及剥落,烧蚀深度仅为2～5μm。结论采用低压等离子喷涂可在石墨表面制备性能优良的ZrB_2-TiC复合涂层,涂层可有效抵御氧乙炔火焰的烧蚀。     

大气等离子喷涂SrZrO3热障涂层工艺与性能的研究

目的探究大气等离子喷涂制备Sr ZrO_3涂层的融化状态最好、沉积效率最高的最优工艺,研究SrZrO_3热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。方法采用大气等离子喷涂技术制备SrZrO_3热障涂层,通过设计田口实验研究不同的喷涂工艺对粉末融化状况和沉积效率的影响,采用扫描电镜观察涂层融化状况等。采用优化后的工艺制备厚涂层,使用高温热膨胀仪和激光导热仪测试涂层的热膨胀系数、抗烧结性能以及热扩散系数。结果当喷涂距离为90 mm时,SrZrO_3涂层沉积效率最高,最大单遍喷涂厚度达到15.3μm;当喷涂距离为100 mm时,涂层的熔化状态最好。制备态SrZrO_3涂层中出现第二相t-Zr O_2,1600℃热处理条件下,随着热处理时间的延长,t-Zr O_2逐渐消失,热处理360 h后,m-ZrO_2的质量分数逐渐增加至27%。SrZrO_3涂层热膨胀系数为(8～10)×10~(-6) K~(-1)(200～1400℃),随着热处理时间的延长,涂层的热膨胀系数逐渐降低。SrZrO_3涂层的热导率随着热处理时间的延长先增加后减小,热处理360h后SrZrO_3涂层的热导率为1.82W/(m·K)(1000℃)。SrZrO_3/YSZ双层涂层炉内循环548次后,涂层整体脱落。结论 SrZrO_3涂层最优喷涂工艺为电流550 A、氩气流量40 L/min、氢气流量10 L/min、喷涂距离100 mm、功率35.8 kW。随着热处理时间的延长,涂层中的第二相m-ZrO_2能够降低涂层的热膨胀系数和热导率。SrZrO_3/YSZ双层涂层的循环次数远高于SrZrO_3单层涂层。     

热喷涂铝涂层与玻璃结合机理的研究

通过改进预处理工艺,解决了采用热喷涂工艺在玻璃上沉积金属的难题,并通过系统的试验,研究玻璃表面预处理工艺、预处理温度及喷涂工艺对涂层结合强度的影响,观察玻璃试样横断面的微观组织,探讨了热喷涂铝涂层与玻璃基材结合机理。     

AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的研究

目的 解决硬质合金刀具高速干切削难加工材料面临效率低、寿命短的难题,提升刀具涂层的耐热能力,在AlCrSiN涂层中周期性植入AlCrON热屏障层,并在其两侧沉积AlCrN层进行包夹,改善含氧层的韧性,既能保持涂层刀具较高的强度,又能改善其耐热能力.方法 采用全自动电弧离子镀膜机,研制具有不同调制周期的AlCrSiN/A...     

不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐与耐磨性能的影响

目的分析不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐和耐磨性能的影响,探索利用冷喷涂低温特点制备Al/B_(4)C复合涂层的可行性。方法利用冷喷涂方法制备4种B_(4)C含量的Al/B_(4)C复合涂层,并利用各种方法表征涂层的结合特征、耐磨性能和防腐性能。结果冷喷涂过程不会改变铝和碳化硼的物相,碳化硼颗粒主要以嵌入方式结合在涂层中,会产生结合缺陷。在本研究中,B_(4)C的质量分数最高可达到34.53%左右,涂层的结合强度随粉末中碳化硼含量的增加先增加、后降低,最高可达26.67 MPa。微区电化学试验分析涂层内部微电位差值,发现Al/B_(4)C界面存在电位差,腐蚀反应会优先在Al/B_(4)C界面发生,从而破坏金属Al成膜,使涂层的耐蚀性能与略低于铝块材。结论冷喷涂技术可以制备微观结构和结合性能良好的高B_(4)C含量Al/B_(4)C复合涂层,涂层中B_(4)C的质量分数最高达34.53%,预期具有良好的热中子吸收性能。同时,B_(4)C颗粒的加入,使得涂层的耐磨性能大大的提升,但是耐蚀性能相比于铝材料略有降低,是未来需要改善的方向。     

常温酸性腐蚀对热障涂层性能的影响

采用酸性盐雾腐蚀试验对物理气相沉积法制备的热障涂层进行了常温腐蚀,研究了常温酸性盐雾腐蚀对热障涂层的微观形貌以及高温性能的影响.试验结果表明：常温酸性腐蚀使热障涂层表面变得粗糙不平,产生了较大的裂纹.经过150次高温循环氧化后,顶层氧化锆晶粒排列疏松,裂纹进一步扩展,中间层--粘结层氧化速度加快,生成了疏松的TGO层.TGO的体积膨胀效应使得陶瓷/粘结层界面结合力降低,缩短了涂层的使用寿命.     

压气机叶片用耐冲刷防腐有机涂层的制备及性能研究

目的 提高压气机叶片有机涂层的耐冲刷和防腐性能.方法 以氨基改性环氧树脂为粘接剂,通过加入高硬度Al2O3填料以及其他着色、防锈颜料,并充分分散,制备一种具有耐冲刷防腐功能的有机涂层.通过摆杆硬度测试、磨耗测试、冲刷测试、腐蚀测试及其他力学性能测试,对耐冲刷防腐有机涂层的综合性能进行评价,对比高硬度Al2O3填料含量对涂层性能的影响.结果 添加高硬度Al2O3填料,有效提高了涂层的硬度、耐磨耗性和冲刷性.当添加量为15％(质量分数)时,性能达到最优,硬度为0.92,冲刷失效时间为常温的475 s和高温的385 s,相比未添加氧化铝时,性能提高了300％以上.进一步添加氧化铝填料将对涂层形貌和粗糙度有较大劣化影响,硬度和耐冲刷性都相应降低,但耐磨耗性数据却在不断提高,涂层的摆杆硬度更能反映真实的耐冲刷能力.研制的耐冲刷有机涂层综合性能优异,相比渗铝等无机涂层工艺,该涂层还具有腐蚀防护的特性.结论 高硬度Al2O3填料的加入可以有效提高涂层的耐冲刷能力,但需控制添加量,以免影响涂层的粗糙度,有机耐冲刷涂层的腐蚀防护性能相比传统无机涂层具有明显优势.     

Cf/SiC 复合材料表面 HfO2涂层的制备及其抗热冲击性能研究

目的研究等离子喷涂条件下Cf/SiC复合材料表面HfO_2涂层的物相、显微组织及其抗热冲击性能。方法通过水热合成和喷雾造粒制备出HfO_2粉体,并利用等离子喷涂在Cf/SiC复合材料表面制备HfO_2涂层,研究涂层的物相、显微组织和抗热冲击性能。结果水热合成的纳米HfO_2为单斜相结构,颗粒的平均粒径为10~15nm;等离子喷涂制备的HfO_2涂层组织中存在微裂纹和孔隙,涂层为单斜相结构,且经1350℃热处理后涂层的相结构未发生改变。等离子喷涂的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,未观察到涂层、基体间界面分离的现象。经1350℃、50周次的空冷热冲击试验后,涂层未发生破坏失效;在1350℃水冷热冲击条件下,热循环20次时涂层表面出现剥落,27次时脱落面积50%。结论通过等离子喷涂制备的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,涂层能够抵御1350℃空冷、50周次热冲击,且未发生破坏失效,涂层的1350℃水冷热循环寿命达27次。     

镁硼硅晶膜改性技术对镍-磷复合镀层组织性能的影响

目的 通过研究镁硼硅晶膜改性技术对镍-磷复合镀层组织性能的影响,开发并提升工业应用价值较高的非晶态镍-磷镀层.方法 采用镁硼硅晶膜改性处理技术,在45#钢基材上制备Ni-P化学镀层,通过扫描电子显微镜等设备,检测处理后镀层的微观形貌、组织结构和耐磨耐蚀性能,结合镁硼硅水体活化表征,分析镁硼硅晶膜改性技术对镍-磷镀层的强化机理.结果 相比传统的Ni-P镀层,镁硼硅改性晶膜处理的Ni-P镀层表面平整,分布均匀,表面致密度明显提升,摩擦因数减小了约32％,腐蚀电位正移221 mV,腐蚀电流为原来的1/2,腐蚀质量损失速率明显较低,耐腐蚀性能更为优异.经过镁硼硅改性晶膜处理的水体分子团明显减小,活性提升,这说明经过处理后的水体易于溶解来自复合陶瓷中的硅石和硼素等物质,在Ni-P镀层形成致密的晶膜,提高镀层的综合防护性能.结论 经过镁硼硅晶膜改性处理后,Ni-P镀层表面致密度和耐磨耐蚀性能有了明显的提升,具有更为宽广的工业应用价值.     

海洋工况下航空发动机冷端叶片的冲蚀损伤与防护概述

围绕海洋环境下航空发动机的服役特点,针对发动机叶片在海洋/近岸地区不同气候条件下的工作状况,对发动机冷端叶片在腐蚀-冲蚀联合作用下的失效机制进行了梳理总结.对海洋环境下服役的发动机叶片防护涂层的相关研究进行了归纳,总结了不同叶片防护涂层的设计理念及其性能表现.对于航空发动机叶片的防护涂层,目前主要是以一元或多元金属氮化物涂层,和金属相与陶瓷相的键合涂层为主,两类涂层的设计目的在于通过控制涂层中的相含量来调控涂层的强韧比和耐磨耐蚀性.