钛合金表面激光熔覆复合涂层的显微组织与性能

以Ti和B的混合粉末为原料,采用激光熔覆方法在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备了TiB/Ti复合涂层。采用XRD、扫描电镜、硬度测试和摩擦磨损分析等方法研究了不同激光功率参数下制备的TiB/Ti复合涂层的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:涂层的物相组成主要为Ti和TiB两相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层的组织较均匀;扫描功率为2500 W和3500 W制备的涂层硬度值约为基体硬度的2～3倍;扫描功率为3000 W下的熔覆涂层硬度相对较高,其平均硬度值约为1199.6 HV0.2,约为基体硬度的3～4倍,其摩擦系数大约为0.32,磨损率明显低于基体,约为基体的14.8%。     

电热爆炸定向喷涂Stellite 6合金涂层

采用电热爆炸定向喷涂工艺在45号钢基体上制备stellite6合金涂层。借助光学显微镜，扫描电镜和图像分析软件等对涂层厚度均匀性、孔隙率，显微组织、晶粒度以及涂层基体界面结合情况进行了分析。借助显微硬度仪对涂层的硬度进行了测试。对不同尺寸喷涂材料所得涂层进行了比较。结果表明，两种不同尺寸喷涂材料制备的涂层组织晶粒均大大细化，涂层孔隙率都比较低；小截面积的喷涂材料制备涂层的厚度均匀性好于大截面的喷涂层；涂层与基体界面结合良好，在界面附近发生了扩散现象；涂层硬度均远远高于原始stellite6喷涂材料硬度，最高分别达到997HV和738HV，为原始硬度的2～3倍。且小尺寸喷涂材料涂层硬度高于大尺寸喷涂材料涂层硬度。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

基材硬度和涂层厚度对AlCrN多元复合纳米硬质涂层硬度的影响

采用真空阴极多弧离子镀技术制备了Al Cr N多元复合纳米硬质涂层,利用洛氏硬度计、划痕仪、HV显微硬度计、球磨仪、扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪检测并分析了涂层膜基结合力、显微形貌、相结构以及基体硬度、涂层厚度对涂层硬度的影响。结果表明,涂层以Al Cr N/Cr N结构沉积,随着涂层厚度的增加,膜基结合强度提高。涂层表面成波纹状,有少量大颗粒,涂层内部呈Na Cl结构,含有大量呈柱状形式生长的面心立方的c-Cr N相和c-Al N相,择优取向均为(200)。同等基体硬度时,涂层厚度的增加有利于涂层硬度的提高,最佳涂层厚度为3.5~5.0μm。同等涂层厚度时,涂层硬度随着基体硬度的增加而增加,当涂层厚度低于4.0μm,基材硬度是影响涂层塑性变形抗力的主要因素。     

电火花沉积与激光熔覆复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆工艺和电火花沉积工艺在Q235钢上熔覆铁基合金粉末和WC陶瓷硬质合金,形成复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等对复合涂层的相结构、显微组织、显微硬度及耐磨性能进行了分析.结果表明:复合涂层主要是由Fe3W3C、Co3W3C、Si2W、W2C和(Fe0.51Mn0.46 Ni0.03)6C等相组成;复合涂层与基体呈冶金结合,复合涂层中电火花区域中细小的硬质相弥散分布于沉积层中;复合涂层的厚度为140～160 μm,其中电火花沉积区域约为40μm,激光熔覆工艺的涂层厚度为100～120 μm;电火花沉积层的硬度最高可达1262.9 HV,平均硬度为1151.6 HV,电火花沉积区域与激光熔覆区域之间的过渡区域的显微硬度为884.8 HV,激光熔覆区域的显微硬度平均值为578.3 HV;复合涂层的耐磨性较基体耐磨性提高2.3倍,强化层的磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损.     

基体材料对AlCrN硬质涂层结构及摩擦学性能的影响

采用真空阴极多弧离子镀技术,分别在Cr8、W6、Cr12及V-4E四种不同材质模具钢表面制备了Al Cr N多元纳米硬质涂层。利用划痕仪、工具显微镜、HV显微硬度计、球磨仪、SEM及XRD对Al Cr N涂层硬度,膜层厚度、结合力、摩擦系数进行了对比测试,并对涂层磨痕宽度、划痕宽度、表面形貌及相结构进行了表征。结果表明:相对于其它三种基材,V-4E基材的Al Cr N涂层显微硬度更高、膜基结合力更好、摩擦系数更低、耐磨性最好;四种基材的表面形貌基本一致,均有大颗粒及凹坑,V-4E基材Al Cr N涂层的晶粒尺寸最小,沉积的Al Cr N涂层结构更致密,耐磨性更优异。     

热作模具钢CrTiAlSiN多元复合涂层的工业制备及性能研究

采用多弧离子镀工业制备技术沉积CrTiAlSiN多元复合涂层,利用显微硬度计、球痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机、扫面电子显微镜以及能谱仪对涂层基本力学性能、摩擦学特性和显微形貌进行对比分析,跟踪统计了CrTiAlSiN涂层对3种不同材质热作模具工作寿命的实际提升效果。结果表明:CrTiAlSiN涂层厚度5.14μm;硬度HV3421,结合力良好;涂层摩擦系数达到0.762,磨损机理为粘着磨损,耐磨性良好;在3种热作模具表面沉积CrTiAlSiN涂层后,模具工作寿命均得到有效提高,尤其对冷冲压模具效果更显著,可提高工作寿命4倍。     

铝压铸模具CrTiAlSiCN多元复合纳米硬质涂层热稳定性研究

采用真空阴极电弧离子镀技术,在H13钢表面制备了CrTiAlSiCN多元复合纳米硬质涂层,利用球痕仪、洛氏压痕仪、划痕仪、HV显微硬度计、UMT多功能摩擦磨损试验机、SEM带EDS及XRD对400、500、600和700℃高温退火的涂层硬度、结合力、耐磨损性及高温抗氧化性进行分析研究。结果表明,涂层呈多层结构,厚度约5μm,随着退火温度的增高,涂层硬度基本保持不变,结合力下降。600℃退火,涂层摩擦力和摩擦系数增大,磨损机制开始由粘着摩损向磨粒磨损转换;700℃退火,涂层摩擦力和摩擦系数降低,磨损机制转换为磨粒磨损,涂层耐磨损性增强。涂层表面大颗粒周围优先氧化,形成以Al_2O_3为主、少量TiO_2、Cr_2O3_的氧化层,其中Al_2O_3与Cr_2O_3能抑制O_2向涂层内部持续扩散生成TiO_2,提高了涂层高温抗氧化性。     

重力分离SHS法制备陶瓷复合钢板的研究

利用重力分离SHS技术在带卷边钢板表面直接制备了陶瓷复合涂层。测量了涂层厚度和硬度,分析了钢基体与氧化铝陶瓷结合力产生的原因,确定了二者的结合方式及卷边钢板的工艺尺寸参数,检测了涂层与基体法向和切向结合强度。结果表明,陶瓷复合钢板的涂层表面光滑,其硬度在1100HV以上;钢基体与陶瓷涂层主要是机械嵌合。     

多层结构对Ti/TiN涂层性能的影响

以TiN、TiAlN为主的过渡族金属氮化物硬质涂层以其较高的表面硬度、良好的耐磨以及抗高温氧化性能,被广泛应用于材料表面防护涂层。然而,涂层内部积聚的高内应力却容易易引发起涂层与基体的结合力问题。利用PVD技术很难在材料表面制备出厚度超过10微米的TiN或TiAlN涂层。多层复合结构能够有效控制涂层中的应力分布,从而使得其成为获得较厚硬质涂层的一种有效方法。本文在TC4合金以及Si（100）基体上利用等离子增强离子镀技术制备了具有不同复合层数的多层Ti/TiN涂层,并研究了复合层数对涂层力学性能的影响。结果表明,随着复合层数的增加,涂层的各项力学性能得到了显著强化。涂层的显微硬度高达2750HV,厚度大于50微米,且具有较好的韧性。涂层的韧性与显微硬度成正比例关系。同时,48层复合结构的Ti/TiN涂层具有低于0.35的摩擦系数以及最佳的抗磨损性能。然而,随着复合层数的进一步增加,涂层与基体的界面显著弱化了涂层的结合强度。     

激光表面合金化TiC增强复合涂层及性能研究

利用激光表面合金化技术在AISI321不锈钢表面制备了TiC增强复合涂层.X射线衍射结果表明,复合涂层主要由TiC、Cr6C23和奥氏体相组成;金相观测显示复合涂层组织细小、均匀,无裂纹和气孔,与基体形成良好的冶金结合;激光表面合金化复合涂层显微硬度达400HV,约为基体的2倍,且呈阶梯分布;在室温油润滑磨损试验条件下,复合涂层磨损量和摩擦系数均小于基体;利用扫描电子显微镜观测到复合涂层磨损表面划痕较浅且平滑,无明显的犁沟、粘着、剥落现象,表现出了优异的耐磨性.     

多层结构对Ti/TiN涂层性能的影响（英文）

以TiN、TiAlN为主的过渡族金属氮化物硬质涂层以其较高的表面硬度、良好的耐磨以及抗高温氧化性能,被广泛应用于材料表面防护涂层。然而,涂层内部积聚的高内应力却容易引发涂层与基体的结合力问题。利用PVD技术很难在材料表面制备出厚度超过10μm的TiN或TiAlN涂层。多层复合结构能够有效控制涂层中的应力分布,从而使得其成为获得较厚硬质涂层的一种有效方法。本工作在TC4合金以及Si(100)基体上利用等离子增强离子镀技术制备了具有不同复合层数的多层Ti/TiN涂层,并研究了复合层数对涂层力学性能的影响。结果表明,随着复合层数的增加,涂层的各项力学性能得到了显著强化。涂层的显微硬度HV0.25高达27500 MPa,厚度大于50μm,且具有较好的韧性。涂层的韧性与显微硬度成正比例关系。同时,48层复合结构的Ti/TiN涂层具有低于0.35的摩擦系数以及最佳的抗磨损性能。然而,随着复合层数的进一步增加,涂层与基体的界面结合强度显著弱化。     

Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究

目的 提高Ti6Al4V表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备Ti/TiBCN复合涂层,研究不同激光比能对涂层组织与性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微维氏硬度计、电化学工作站和往复摩擦磨损试验机研究了涂层的相组成、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性和耐磨性。结果 当激光比能为13.3 kJ/cm2、TiBCN含量为70%时,Ti/TiBCN复合涂层质量最好。涂层上部由胞状晶、花瓣状结构、须状结构和等轴α相组成,涂层中部主要由粗大TiBCN枝晶组成,涂层下部由针状结构和类球形TiBCN颗粒组成。与Ti6Al4V基体相比,涂层硬度达1050HV0.2,约为基体显微硬度（340HV0.2）的3.0倍。基体自腐蚀电位为-1.388 V,自腐蚀电流密度为-6.33 A/cm2;涂层自腐蚀电位为-1.173 V,自腐蚀电流密度为-6.22 A/cm2。摩擦磨损实验中,涂层出现轻微的剥落、磨粒磨损式的浅短磨痕和颗粒碎屑,基体表面出现较多犁沟式磨损。涂层的平均摩擦因数为0.174,约是基体（0.323）的1/2;涂层的磨损量为1.152 mg,约是基体（6.723 mg）的1/6。结论 当激光比能为13.3 kJ/cm2时,涂层的组织均匀致密,硬度显著提高,耐腐蚀性和耐磨性优于基体。     

Ti-6Al-4V钛合金表面激光熔覆自润滑耐磨涂层的高温稳定性

以NiCr/Cr3C2-10%CaF2(质量分数,%)复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面成功制备出了γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2高温自润滑耐磨复合涂层。为研究该复合涂层的高温稳定性,在600℃下分别对该复合涂层保温24、48、96 h,并分别研究了不同保温时间下复合涂层的物相、显微硬度、摩擦学性能的变化及其机理。结果表明:高温处理前后复合涂层物相组成基本不变,由于γ-NiCrAlTi固溶体的溶解,涂层显微硬度下降约110 HV0.3;高温处理前后涂层的摩擦系数及磨损率变化较小,在长时间高温保温情况下,涂层的组织和摩擦学性能都表现出良好的高温稳定性。     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm.经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541 μm.涂层表面Ti/Al原子比约为0.9.涂层表面显微硬度HV0.025为23.5 GPa.由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样.     

深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能

研究了IN718高温合金、WC-6%Co硬质合金和Si(100)基体上深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能。研究表明,涂层的生长对基体的类型没有选择性。随着基体硬度的升高,划痕结合力失效临界载荷增大,涂层结合力失效机制由翘曲失效转变为基体/涂层协同变形,未发现涂层的剥落失效。载荷为2N时,磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为轻微磨粒磨损。载荷为4 N时,IN 718基体上涂层的磨损机制为严重的氧化磨损,WC-6%Co基体上的涂层的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,氧化物的产生、堆积和转移导致摩擦系数的波动。     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

基于ALD低温制备的纳米涂层刀具性能研究

目的 探索基于原子层沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)的纳米涂层低温制备技术,并重点研究涂层沉积过程及纳米氧化铝涂层对刀具力学性能的影响.方法 利用原子层沉积法,在200℃的环境下制备不同涂层厚度的纳米Al2O3涂层刀具,对涂层的微观组织、厚度、硬度、断裂韧性、断口形貌、弯曲强度、结合力及摩擦系数进行检测.结果 ALD沉积技术能将纳米涂层均匀沉积在YT5刀具表面,且涂层光滑,无滴状气泡,涂层厚度可以精确控制在纳米级.ALD涂层与基体结合力的大小与涂层厚度相关,随着涂层厚度增大,结合力呈先增后降的趋势,测得50、100、200 nm等3种纳米涂层结合力大小分别为11.07、12.74、7.86 N.纳米涂层能够提高刀具的硬度,显著降低刀具表面的摩擦系数,测得刀具摩擦系数分别为0.56、0.43、0.67,最高降低摩擦系数达40％以上.此外在200℃的沉积温度下,没有产生金属相变,因而对刀具基体没有影响,刀具的断裂韧性和弯曲强度没有降低.结论 基于ALD的纳米涂层低温沉积技术所制备的纳米涂层刀具,具有良好的力学性能及涂层-基体界面结合力,能显著提高刀具性能,改善切削加工条件.     

Ti6Al4V合金表面氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强钛基复合涂层组织与耐磨性

以B4C和Ni60A粉末为预涂材料,采用氩弧熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面原位合成TiC与TiB₂增强相增强钛基复合材料涂层.运用XRD,SEM等分析手段研究了复合涂层的显微组织,利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度并用磨损试验机分析了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,熔覆层组织主要由TiC和TiB₂组成,TiC颗粒和TiB₂颗粒弥散分布在基体上,TiC颗粒的尺寸为2~3μm,而呈长条状的TiB₂颗粒尺寸为3~5μm.显微硬度和耐磨性测试结果表明,该复合涂层显微维氏硬度高达1200MPa左右,复合涂层的耐磨性能比Ti6Al4V基体提高约20倍.     

Al2O3/NiCrCr3C2耐磨复合涂层制备及其摩擦学特性研究

采用电化学技术与等离子技术相结合的方法在7A55铝合金表面制备Al2O3/Ni_Cr_Cr3C2耐磨复合涂层。用金相显微镜、扫描电镜等对耐磨复合涂层的表面及截面形貌进行观察。结果表明:该涂层表面平整、光滑,厚度均匀;结合力等级达到0级;最后测试了该复合涂层的摩擦系数和磨损失重,摩擦系数平均值为0.0179,磨损率为6.7×10-4。