高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr_3C_2涂层的抗高温冲蚀磨损性能

采用高速电弧喷涂技术在20(AISI 1020)钢基体表面制备FeMnCrAl/Cr3C2涂层,通过光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层显微组织、抗高温冲蚀磨损性能和冲蚀磨损机理进行研究。结果表明:在全部冲击角范围内,FeMnCrAl/Cr3C2涂层表现出优于20钢的抗高温冲蚀磨损性能;FeMnCrAl/Cr3C2涂层的冲蚀磨损机理如下:在低冲击角下,破坏模式以犁耕和切削作用为主;在高冲击角下,破坏模式以挤压疲劳开裂和脱落作用为主;在中间冲击角范围,破坏模式表现为挤压和切削;在全部冲击角下,破坏模式都伴随着新鲜表面在二次冲击下的脆性开裂脱落和过度塑性变形导致疲劳脱落的复合失效形式。     

高速电弧喷涂FeMnCr/Cr3C2涂层抗高温冲蚀磨损性能

针对超临界锅炉管道的严重冲蚀磨损问题,采用高速电弧喷涂技术在20钢表面制取耐磨涂层,并研究其高温冲蚀磨损特性。采用场发射扫描电子显微镜和X射线能谱分析等方法探讨涂层的冲蚀磨损规律。结果表明,FeMnCr/Cr3C2涂层最大冲蚀率出现在冲击角60°附近,表现出半塑性冲蚀磨损特征;其耐高温冲蚀性与FeCrNi/Cr3C2涂层相近,明显优于20钢。     

纳米TiC对高速电弧喷涂FeNiTi/Cr3C2涂层组织与性能的影响

研制适用于火电厂超临界锅炉管道抗高温冲蚀的FeNiTi/Cr3C2高速电弧喷涂材料,研究了纳米TiC对于高速电弧喷涂层组织与性能的影响。结果表明:FeNiTi/Cr3C2涂层基体相结构为含Cr、Ti元素的Fe-Ni基固溶体;添加纳米TiC可以明显提高涂层的硬度、内聚强度和结合强度;涂层表现出了良好的抗热腐蚀性能,腐蚀时间超过50h,达到20钢的15倍;添加纳米TiC的FeNiTi/Cr3C2涂层具有优良的抗高温冲蚀性能。     

高速电弧喷涂Fe3Al/WC复合涂层高温冲蚀行为研究

采用自行研制的新型热喷涂Fe3Al/WC复合合金粉芯丝材,成功地用高速电弧喷技术制备出了Fe3Al金属化合物基金属陶瓷复合涂层。对涂层成分、显微组织、涂层相结构和组成进行了分析,结果表明,涂层由以Fe-26Al为主的Fe3Al基体相与约20%的WC、W2C和 a-Al2O3相组成。对比研究了Fe3Al/WC涂层和电站锅炉钢20 g从室温至650 ℃氧化环境条件下不同攻角的高温冲蚀磨损性能,结果表明Fe3Al/WC涂层的高温冲蚀磨损抗力高于20 g钢,650 ℃和30°攻角下的稳态相对冲蚀磨损抗力为20 g钢的3.14倍。温度对Fe3Al/WC涂层的冲蚀行为有较大影响：温度 < 450℃,涂层的冲蚀率变化不大,表现出塑性材料的冲蚀行为;温度 >450 ℃,涂层冲蚀率变化较大,呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。并对其高温冲蚀磨损机理进行了分析。     

HVOF/AC-HVAF热喷WC-10Co-4Cr涂层的耐冲蚀性能

采用高速火焰热喷涂系统（HVOF/AC-HVAF）在0Cr13Ni5Mo不锈钢表面制备了三种组织结构不同的WC-10Co-4Cr涂层,通过料浆罐冲蚀试验机对三种涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为和冲蚀机制进行了研究,重点分析涂层组织与耐冲蚀性能的关系. 结果表明,三种涂层的耐冲蚀性能均优于0Cr13Ni5Mo基材,冲蚀失重仅为基材的6% ~ 35%,组织越均匀、致密的涂层耐冲蚀性能越优. 低攻角冲击时,涂层冲蚀机制以粘结相去除,WC颗粒剥落为主,基材冲蚀机制主要为微切削;高攻角冲击时,涂层冲蚀机制以涂层剥落为主,基材的冲蚀机制主要为变形磨损. 涂层的组织决定了不同试验条件下涂层的冲蚀行为和冲蚀机制.     

HVOF热喷WC-Co-Cr涂层在不同攻角下的料浆冲蚀行为

用3种高速火焰热喷涂(HVOF)设备将成分相同的6种商品粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成9种WC-Co-Cr涂层.用自制射流冲蚀试验机对各涂层在15°、45°、75°和90°攻角下的料浆冲蚀行为进行研究,重点分析涂层孔隙和层状结构等缺陷在不同攻角下所起的作用.结果表明:低攻角时涂层冲蚀机制以微切削去除为主,高孔率涂层更易发生切削导致冲蚀率较高;高攻角时涂层冲蚀机制以冲击作用下裂纹萌生扩展导致涂层剥落为主,高孔率涂层有利于对冲击能量的吸收耗散,孔隙抑制裂纹扩展,而层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展,导致涂层呈片状剥落,冲蚀率更高.在试验的基础上提出了考虑缺陷的硬质涂层射流冲蚀模型,并讨论了涂层冲蚀率随攻角变化的双峰值现象.     

WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的气体喷砂冲蚀行为

研究不同结构HVOF热喷WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为,重点分析高速粒子冲击下涂层孔洞和层状结构等缺陷在不同攻角下的作用,提出高攻角气体喷砂冲蚀模型,解释了WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为规律。结果表明:低攻角时,涂层与基材的损伤机制均以微切削去除为主,涂层还伴有少量剥落,WC-Co-Cr涂层的耐冲蚀性能一般优于基材,但高孔隙率涂层更易切削导致冲蚀率比基材高。随攻角增大,涂层冲蚀率呈上升趋势而基材冲蚀率下降。高攻角时,层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展导致片状剥落,高孔隙率反而有利于吸收冲击能量和抑制裂纹扩展;基材则出现严重塑性变形。在气体喷砂条件下,涂层的层状结构对法向冲击极为敏感,攻角高于45°后,WC-Co-Cr涂层的冲蚀率为基材的1.3～4.1倍。     

高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层的冲蚀性能研究

用高速火焰喷涂方法,在20钢基体上喷涂制备Fe-Al/Cr3C2复合涂层,对涂层的抗650℃冲蚀特性进行研究,利用扫描电镜分析冲蚀后涂层表面形貌.结果表明,高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层的冲蚀特性在300℃、450℃、650℃时分别主要为脆性冲蚀、塑性冲蚀和脆性冲蚀、塑性冲蚀;冲蚀角度对涂层的耐冲蚀性能有较大影响,30°时涂层的抗冲蚀能力优于90°时;温度升高,涂层的抗冲蚀性能提高.     

镍-铬基及其复合涂层的冲蚀磨损性能研究

采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基复合涂层和Ni-Cr/ZrO2梯度涂层.研究了涂层的冲蚀磨损性能,并对涂层的冲蚀磨损形貌及冲蚀磨损机理进行了分析.结果表明,随着冲蚀角度的增大,Ni-Cr基复合涂层与Ni-Cr/ZrO2梯度涂层的冲蚀率都呈现先增加后减小的趋势,并且大约在60°冲蚀角时,冲蚀率达到最大值.     

复合zigzag结构CrN涂层的设计制备及冲蚀性能*

飞机在沙漠等恶劣环境中服役,空气中的固体颗粒在高速气流作用下对叶片表面产生高速冲击。为提高钛合金叶片的抗冲蚀性能,采用掠角磁控溅射技术制备复合zigzag结构CrN涂层（简称CrN-zigzag）,并利用掠角X射线衍射仪（GIXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、划痕测试系统（CSM Revetest）、白光干涉仪、纳米压痕仪、冲蚀设备等表征涂层的成分、组织结构、力学性能和冲蚀性能。研究结果表明,CrN-zigzag涂层组织致密呈现柱状结构,厚度约为3.7μm,纳米硬度达到（19.2±2）GPa,具有良好的膜基结合强度（>48 N）。相比于常规CrN涂层,CrN-zigzag涂层在90°冲蚀角度下的抗冲蚀性能提高了57.67%。CrN涂层表现为明显的脆性失效特征,CrN-zigzag涂层表现为明显的脆性和韧性失效双特征,符合变形磨损理论和二次冲蚀理论。Cr N-zigzag涂层在砂砾冲蚀试验中表现出良好的抗冲蚀性能主要归因于其特有的zigzag晶界取向设计,提高了材料的损伤容限。     

TC4合金表面氩弧熔覆TiCp/Ti基复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备出TiC增强的Ti基复合涂层。利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,涂层中有大量的TiC树枝晶和条块状TiC颗粒;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,HV平均硬度可达9GPa;复合涂层室温干滑动磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

ZL104合金氩弧熔敷原位合成TiCp/Al基复合涂层组织及耐磨性

以Al粉、Ti粉和C粉为原料,利用氩弧熔敷技术,在ZL104合金表面原位合成了TiC增强Al基复合材料层,借助扫描电镜、X射线衍射仪对复合涂层的组织进行了分析;利用显微硬度计、摩擦磨损试验机对复合涂层性能进行了测试。结果表明,氩弧熔敷过程中可以充分反应合成TiC颗粒;TiC颗粒呈球状分布,颗粒尺寸约为1.5μm,均弥散分布于熔敷层中。熔敷层与基体呈冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;复合涂层的显微硬度可达660 HV0.2,涂层耐磨性较基体提高近7倍。     

激光熔覆纳米TiC增强AlCoCrFeNi高熵合金磨损及腐蚀性能研究

采用激光熔覆技术在 304 不锈钢表层制备了纳米 TiC 增强 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪等设备系统研究了涂层的组织形貌、相结构及元素分布;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、超景深显微镜和电化学工作站等设备表征了涂层的硬度分布、磨损特性及耐腐蚀性能。结果表明,类球形纳米级 TiC 与棒状微米级 TiC 沉淀相均匀分布在涂层 bcc（B2）相基体中。添加 TiC 增强相后,AlCoCrFeNi 高熵合金涂层的硬度比未添加 TiC 涂层的硬度提升了 15%;表层磨损率及磨损后表面单位面积粗糙度（Sa）分别较 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层降低了 42% 和 18%,涂层中 TiC 增强相的弥散强化作用是涂层硬度、耐磨性提升的主要原因。添加 TiC 的 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层较未添加 TiC 涂层的自腐蚀电流降低了约1个数量级,TiC 增强相使涂层表面形成致密的钝化膜是其耐蚀性能好的主要原因。     

Microstructure and wear properties of TiC/FeCrBSi surface composite coating prepared by laser cladding

Titanium carbide particles reinforced Fe-based surface composite coatings were fabricated by laser cladding using a 5 kW CO₂ laser. The microstructure, phase structure and wear properties were investigated by means of scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction, as well as dry sliding wear test. The results showed that TiC carbides were formed via in situ reaction between ferrotitanium and graphite in the molten pool during the laser-clad process. The morphology of TiC is mainly cubic and dendritic form; and the TiC carbides were distributed uniformly in the composite coating. The TiC/matrix interface was found to be free from cracks and deleterious phases. The coatings reinforced by TiC particles revealed higher wear resistance and lower friction coefficient than that of the substrate and FeCrBSi laser-clad coating.     

等离子熔敷TiC/γ-(Fe,Ni)复合涂层组织与耐磨性

为了提高奥氏体不锈钢的耐磨性能,扩大其应用范围,以Ti-C-Fe-Ni混合合金粉末为原料,利用等离子熔敷技术在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面原位合成了TiC增强耐磨复合涂层。分析了涂层的显微组织结构,测试了涂层沿层深方向的硬度分布,评价了涂层在室温干滑动磨损试验条件下的摩擦磨损性能,结果表明:等离子熔敷TiC金属陶瓷增强复合涂层显微组织细小均匀,由花瓣状和少量颗粒状TiC初生相均匀分布在TiC/γ-(Fe,Ni)共晶基体上组成,涂层与不锈钢基材之间形成了完全冶金结合,涂层平均显微硬度约790 HV,涂层在室温干滑动磨损试验条件下表现出良好的耐磨性及较低的摩擦系数。     

铬钛共渗及渗层耐磨性分析

通过表面铬钛渗层改性处理，可提高钢的表面硬度和耐磨性，从而提高工件的表面性能。对钢的铬钛共渗及其耐磨性进行分析研究，并与铬和钛的单渗层进行性能对比。结果表明，铬钛共渗层由混合铬碳化合物和TiC构成，这使得铬钛共渗层具有比铬和钛的单渗层更好的耐磨性。     

钛合金表面氩弧熔覆TiC增强复合涂层组织与性能分析

把石墨粉末预涂在钛合金表面上,利用氩弧熔覆技术成功制备出原位自生TiC增强的金属基复合涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪分析了熔覆涂层的显微组织,探讨了增强相TiC的生成机制;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考察了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明,氩弧熔覆涂层组织均匀致密,原位自生TiC呈树枝晶和细碎的条状均匀地分布于整个涂层中;由TiC增强的复合涂层明显地改善了钛合金的表面硬度．平均硬度约为700HV0．2且沿层深方向呈梯度分布;涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性明显优于基体,约为钛合金的10．5倍．     

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.     

TiC生成方式对激光熔覆镍基涂层组织和性能的影响

分别以TiC粉和Ti+C粉为原料,采用外加法和原位法制备了TiC/Ni激光熔覆涂层,分析了TiC生成方式对涂层物相组成、微观组织、硬度和磨损性能的影响。结果表明,涂层的物相组成不受生成方式的影响;但Ti+C质量分数高于30%时,原位法涂层无法成型,而外加法可获得40%TiC的涂层。外加法涂层中TiC以原料TiC为主,少量溶解析出的结晶TiC;而原位法涂层中TiC全部为结晶析出,分布更加均匀,颗粒细小,枝晶数量增多。原位法涂层的平均硬度和耐磨性均优于相同TiC含量的外加法涂层;涂层中TiC含量(质量分数)由20%增至30%时,涂层硬度升高,耐磨性下降,生成方式引起的磨损性能差异由5%降至0.6%。     

铁基含TiC陶瓷粉电弧喷涂粉芯丝材的研究

采用电弧喷涂含TiC陶瓷粉末的粉芯丝材，在低碳钢基体上制备了铁基复合涂层。用MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的抗磨粒磨损性能。利用光学显微镜、SEM、XRD分析技术对涂层的显微组织结构、磨损表面和相组成进了研究。结果表明：采用电弧喷涂工艺可制备含TiC陶瓷硬质相的复合涂层，在铁基体上弥散分布着一定量的TiC硬质颗粒，使整个涂层得到强化，涂层显微硬度平均值约为1137HV0.1，涂层的抗磨粒磨损性能较好，相对Q235钢提高T6倍。涂层磨损机制主要为犁沟切削和脆性断裂。