激光熔化沉积WC复合Inconel 718合金微观组织及磨损性能

目的 解决Inconel 718合金在工程应用中存在的磨损失效等问题,探究碳化钨(Tungsten Carbide,WC)对Inconel 718合金磨损性能的增强机理。方法 通过激光熔化沉积技术制备Inconel 718及WC/Inconel 718涂层,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM) 和X射线衍射(X–ray diffraction,XRD)等测试手段对Inconel 718合金和WC/Inconel 718复合材料的微观组织和物相组成进行观测,探讨其微观组织演变机理;通过硬度测试和摩擦磨损测试对WC复合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨损性能及WC复合强化机理进行研究。结果 涂层的微观组织主要由柱状晶、胞状晶和少量等轴晶组成,加入WC后复合材料的晶粒组织比Inconel 718合金的晶粒组织略微细化;Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相组成,WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相组成;WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升,磨损率降至未添加WC时的65.3%,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主。结论 WC颗粒在Inconel 718基体中起到了强化硬质颗粒的作用,部分WC颗粒的熔化提高了合金基体的硬度,且生成的高硬度金属化合物与未熔解的球形WC颗粒在Inconel 718合金基体中起到了阻碍晶粒边界运动的钉扎效果,对提升Inconel 718合金的磨损性能有很大帮助。     

直接激光沉积Ti6Al4V/Inconel 718复合材料微观组织与力学性能分析

Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。本文采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V / Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成,微观结构和元素分布。同时,研究了显微硬度和摩擦磨损性能。研究表明：随着Inconel 718的比例增加,有Ti2Ni和Ni3Ti金属间化合物形成。Ti2Ni的形成机理为：β→α+ Ti2Ni和L→β-Ti+ Ti2Ni,且Ti2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加,复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel 718的体积分数为50％时,其平均显微硬度值为770 HV,比100％ Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5％。显微硬度增加与Ti2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主,并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加,黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到达到50％时,磨损量仅为100％ Ti6Al4V的36.9％。     

直接激光沉积Ti6Al4V/Inconel 718复合材料微观组织与力学性能分析（英文）

Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。因此采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V/Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成,微观结构和元素分布。同时,研究了显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:随着Inconel 718的比例增加,有Ti_2Ni和Ni_3Ti金属间化合物形成。Ti_2Ni的形成机理为:β→α+Ti_2Ni和L→β-Ti+Ti_2Ni,且Ti_2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加,复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel718的体积分数为50%时,其平均显微硬度值为7700MPa,比100%Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5%。显微硬度增加与Ti_2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主,并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加,黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到50%时,磨损量仅为100%Ti6Al4V的36.9%。     

不同族金属离子注入对Cr4Mo4V摩擦磨损性能的影响

利用直线式离子注入机对抛光后的Cr4Mo4V轴承材料进行变能量的金属元素(Ti、Zr、Cr、Mo、Ta)注入,通过摩擦磨损测试机测试注入前后Cr4Mo4V的耐磨损性能,利用纳米压痕硬度仪、俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)等检测表征手段,研究不同金属元素注入对Cr4Mo4V耐磨损性能的影响机制。结果表明:以测试条件下维持低摩擦因数0.2~0.3的运行时间看,Ti注入样品耐摩擦磨损性能提升约14倍,Zr注入试样的耐摩擦磨损性能提升超过20倍,ⅣB族Ti、Zr两种元素注入的Cr4Mo4V表现出较高的抗摩擦磨损性能;注入Zr对基材纳米硬度提升20%左右,而具有最佳的抗摩擦磨损性能;不同于其它的注入金属元素,Ti、Zr注入元素在基材内的浓度—深度分布中伴随出现了C、O的浓度峰分布,且Zr注入样品中C浓度峰最强、分布深度最广。     

Ti6Al4V合金表面离子注入N+C,Ti+N和Ti+C性能研究

采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素,注入剂量均为2×1017 ions/cm2,N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50 kV,Ti+C元素的注入电压分别为-20 kV、-35 kV和-50 kV。通过X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）对注入层进行了微观结构分析,结果表明：Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O,Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同注入电压下,Ti+C注入层的硬度最高,其次是Ti+N注入层,N+C注入层的硬度最低;Ti+C 注入层的硬度随着注入电压的增大而增大,最大硬度为11.2GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率,其值为6.7×10-5mm3/N.m,比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1 个数量级以上,表现出优异的耐磨损性能。     

奥氏体不锈钢离子注入表面改性的研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、原位纳米力学测试系统、LKDM-2000型摩擦磨损仪,S-3000N型扫描电子显微镜和CHI660A电化学工作站对经C、N离子注入的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的组织及耐磨性、耐蚀性进行了较深入的研究.结果表明,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;注入N+的剂量为2.44×1017ions/cm2时,注入层的硬度最高,耐磨、耐蚀性最好,性能最佳.     

Ti6Al4V合金表面离子注入N+C,Ti+N和Ti+C性能研究（英文）

采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素,注入剂量均为2×10~(17)ions/cm~2,N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50kV,Ti+C元素的注入电压分别为-20,-35和-50kV。通过X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对注入层进行了微观结构分析。结果表明:Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O,Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明:在相同注入电压下,Ti+C注入层的硬度最高,其次是Ti+N注入层,N+C注入层的硬度最低;Ti+C注入层的硬度随着注入电压的增大而增大,最大硬度为11.2 GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率,其值为6.7×10~(-5) mm~3/N·m,比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1个数量级以上,表现出优异的耐磨损性能。     

离子注入AZ91镁合金表面结构和耐蚀性能研究

为改善AZ91镁合金的耐蚀性能,对AZ91镁合金表面进行不同种类离子注入(N、Cr、N+Cr)。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学腐蚀系统和显微硬度仪分析了离子注入前后表面结构、耐蚀性能和显微硬度的变化。结果表明:基体由Mg和Al12Mg17相组成,注入后的试样形成了注入元素与基体元素间的金属间化合物和以固溶形式存在的注入元素。扫描电镜清晰地观察到双离子注入后试样的晶界和不同的相组织结构,说明离子注入对基体产生了明显的溅射作用。注入后自腐蚀电位和显微硬度都得到一定程度的提高,N离子注入试样的显微硬度提高达38.8%。     

钛合金的等离子体浸没离子注入表面强化处理

研究了等离子体浸没离子注入（PIII）技术对Ti6A14V合金表面性能的影响。分析比较了灯丝放电PIII和射频辉光放电PIII对基体表面进行氮离子注入后的改性效果。应用X射线衍射仪（XRD），扫描电镜（SEM）分析了注入层的相组成和组织结构：测试了经不同PIII工艺参数处理后试样的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明：氮离子注入使Ti6A14V的粗大晶粒（α-β相）转变为细小致密的晶粒，表面层中形成了耐磨相TiN；处理后试样表面的显微硬度提高了80％，摩擦系数降到0．16，抗磨损性能得到了显著提高。     

Mo离子注入和离子渗硫对TiN涂层微观结构和表面性能的影响

为进一步改善氮化钛涂层的摩擦学性能,分别采用高剂量Mo离子注入和低温离子渗硫技术对Ti N涂层表面进行处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、光学形貌仪、扫描俄歇系统(SAM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等分析Ti N涂层处理前后的表面形貌、元素分布、微观结构和纳米硬度。利用球盘摩擦磨损试验机在干摩擦条件下考察涂层的摩擦学性能,并利用光学形貌仪和SEM进行磨损表面分析。结果表明,大剂量Mo离子注入后,Ti N涂层表面Mo离子深度接近200 nm,涂层硬度明显降低,涂层磨损剧烈程度得到显著改善,磨损率和摩擦因数分别降低约35%和40%;低温离子渗硫复合处理后,Ti N涂层表面溅射明显,Mo的深度降低约50%,摩擦学性能难以进一步明显改善。     

W、Mo离子注入对离子镀TiN薄膜表面结构和性能的影响

目的进一步改善氮化钛薄膜的摩擦学性能。方法利用金属蒸汽真空弧源(MEVVA)在离子镀TiN薄膜表面进行等剂量W、Mo离子注入。采用扫描俄歇系统、光学三维形貌仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪,分别分析了TiN薄膜的离子注入深度、表面形貌及粗糙度、相结构和不同压入深度的薄膜硬度。在球盘滑动摩擦磨损试验机上考察了TiN薄膜的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜和三维形貌仪对其磨损形貌进行分析。结果等剂量离子注入后,TiN表面注入层中W离子的含量明显大于Mo离子,两种离子注入对TiN薄膜的表面形貌和硬度的影响较小。XRD结果表明,W离子和Mo离子注入后均发现了Ti_2N硬质相。两种离子注入均可以不同程度地降低TiN薄膜的摩擦系数和磨损率。结论 W、Mo离子注入均可显著改善TiN薄膜的摩擦学性能,但Mo离子更有利于其摩擦系数的降低,而W离子注入更有利于TiN薄膜磨损率的降低。     

Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动摩擦磨损性能

利用高能离子注入及增强沉积系统对Ti6Al7Nb合金做了不同剂量的氮离子注入处理,采用球/平面接触模式,对Ti6Al7Nb合金及其离子注入层/ Zr2O球（直径为25.2 mm）接触副在小牛血清介质条件下进行了扭动微动磨损实验研究。结合动力学分析,借助X射线衍射仪（XRD）、三维形貌仪（3D-profiler）和扫描电镜（SEM）分析了测试材料成分及其扭动微动磨损磨痕形貌和微观组织结构, 探讨了Ti6Al7Nb合金及其离子注入层的扭动微动运行行为和损伤机制。结果表明：N+离子注入在钛合金表面形成了氮化钛层,使钛合金表面的微观硬度明显提高,随着注入剂量的增加,钛合金的硬度逐渐升高,磨痕逐渐变小,磨粒逐渐变细,其抗扭动微动磨损性能也提高     

Surface protection of titanium and titanium–aluminum alloys against environmental degradation at elevated temperatures

Experiments have been undertaken to explore the possibility of creating an oxygen barrier coating, which is effective in preventing oxidation and oxygen embrittlement of Ti and several low-Al content Ti-base alloys during exposure to oxidizing environments at elevated temperatures. The fabrication process has involved three steps, namely co-deposition of Ti and Al by magnetron sputtering onto a substrate material to be protected, followed by vacuum annealing and plasma immersion ion implantation of fluorine. The first two steps produce an overlay of γ-TiAl while the last step provides the necessary conditions for bringing about the halogen effect upon subsequent high-temperature oxidation. Analysis techniques such as cross-sectional transmission electron microscopy (XTEM) in conjunction with electron energy loss spectroscopy (EELS), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), and elastic recoil detection (ERD) have been used to study the microstructure, phase formation and depth distribution of the elements in the coating material. Following oxidation in air at 600 °C for 100 h, specimens have been prepared for metallographic analysis, and their cross sections have been characterized by scanning electron microscopy (SEM) in combination with EDX, and electron probe microanalysis (EPMA). The results obtained show that during oxidation exposure the coating is capable of forming a protective alumina-containing scale which serves as an oxygen barrier, thereby preventing oxygen embrittlement. In addition, since the only constituents of the coating are Ti and Al, it exhibits excellent chemical substrate compatibility.     

峰值功率对高功率脉冲磁控溅射氮化铬薄膜力学性能的影响

目的采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)制备力学性能优良的氮化铬薄膜。方法采用HIPIMS技术,利用铬靶及氩气、氮气,在不同峰值功率(52.44,91.52,138 k W)下沉积了氮化铬薄膜。采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米硬度计、摩擦磨损试验机、划痕仪等评价方法,研究了峰值功率对薄膜组织结构和力学性能的影响。结果当峰值功率为52 k W时,靶材原子与离子的比值仅为5.4%,所生成氮化铬薄膜的晶粒尺寸较小,薄膜出现剥落的临界载荷为42 N,薄膜的磨损深度达到349 nm;当峰值功率提高到138 k W时,靶材原子与离子的比值为12.5%,在最大载荷100 N时,薄膜也未出现剥落,同时磨损深度仅为146 nm。结论高的峰值功率能够提高靶材原子离化率和离子对基片的轰击效应,使氮化铬薄膜晶粒重结晶而长大,消除部分应力,使薄膜表现出优良的耐磨性和韧性,因此提高靶材峰值功率可以提高氮化铬薄膜的力学性能。     

Ti,Y离子注入65Nb钢的表面优化

利用ＭＥＶＶＡ强流金属防子注入机,对６５Ｎｂ钢进行离子注入,采用了Ａｕｇｅｒ电子能谱（ＡＥＳ）,Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）等表面分析技术,研究了Ｔｉ及Ｔｉ＋Ｙ离子注入后的６５Ｎｂ钢表面的微结构变化。力学性能实验结果表明,Ｔｉ及Ｔｉ＋Ｙ离子注入能使材料表面硬度和耐磨性显著提高,且双元离子注入比单元注入效果好,着重分析和讨论了稀土元素Ｙ在离子注入层中的合金化作用。     

Comparative investigation of oxidation resistance and thermal stability of nanostructured Ti–B–N and Ti–Si–B–N coatings

Nanostructured Ti–B–N and Ti–Si–B–N coatings were deposited on silicon substrate by ion implantation assisted magnetron sputtering technique. To evaluate the oxidation resistance and thermal stability the coatings were annealed on air and in vacuum at 700–900°C. As-deposited and thermal-treated coatings were investigated by transmission electron microscope, selected area electron and x-ray diffraction, atomic force microscopy, Raman and glow discharge optical emission spectroscopy. Nanoindentaion tests were also performed. Obtained results show that Si alloying significantly improves the thermal stability of Ti–B–N coatings and increases their oxidation resistance up to 900°C. It was shown that formation of protective amorphous SiO₂ top-layer on the coating surface plays important role in the increasing of the oxidation resistance.     

铝合金等离子体基离子注入氮／钛层的结构

用X射线光电子能谱（XPS）和小掠射角X射线衍射（GXRD）研究了铝合LY12等离子体基离子注入氮／钛改性层的结构。结果表明。氮在注入层呈高斯分布,而钛沿注入方向逐渐减少。钛的注入对已注入的氮的分布有重要影响。钛的等离子体密度直接影响钛在改性层中的成分、相结构。改性层主要由TiO2,Al2O3,Aln,TiAl3,TiN或Ti组成。     

离子束轰击对多层膜摩擦学性能的影响

用Ｎｅ离子束混合法制务了Ｎｉ／Ｃｒ多层膜，用Ａｕｇｅｒ光电子能谱（ＡＥＳ），Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析离子束混合多层膜的元素组成，分布和相结构，将其结果与简单蒸发沉积的Ｎｉ／Ｃｒ多层膜结构进行比较，同时，对多层膜（轰击与未轰击）的硬度及摩擦学性能进行测定分析比较，结果表明，离子束混合多层膜的硬度和抗磨性能与简单蒸发沉积多层膜相比都相有提高，这主要是因为Ｎｅ离子的轰击使用使多层膜更加致密及膜内的碳化铬     

Corrosion resistance properties of AZ31 magnesium alloy after Ti ion implantation

Magnesium alloys have a wide range of applications in industry; however, their corrosion resistance, wear resistance, and hardness are rather poor, which limit their applications. Ti ion was implanted into the AZ31 magnesium alloy surface by metal vapor vacuum arc (MEVVA) implanter. This metal arc ion source has a broad beam and high current capabilities. The implantation energy was fixed at 45 keV and the dose was at 9 × 1017 cm?2. Through ion implantation, Ti ion implantation layer with approximately 900 nm in thickness was directly formed on the surface of AZ31 magnesium alloy, by which its surface property greatly improved. The chemical states of some typical elements of the ion implantation layer were analyzed by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while the cross sectional morphology of the ion im-plantation layer and the phase structure were observed by means of scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The property of corrosion resistance of the Ti ion implanted layer was studied by the CS300P electrochemistry corrosion workstation in 3.5% NaCl solution. The results showed that the property of corrosion resistance was enhanced remarkably, while the corrosion velocity was obviously slowed down.