等离子喷涂钼基非晶-纳米晶复合涂层的组织与性能

一种多元素钼基非晶-纳米晶合金粉末(含C、Si、B、Cr、Fe、Ni、Mo等)作为喷涂材料,用大气等离子喷涂在316L不锈钢基体上制备涂层,用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、显微硬度仪分析测量涂层的组织和性能,并用谢乐公式计算晶粒尺寸。结果表明：所制备的涂层均匀致密,涂层含有非晶和纳米晶,颗粒尺寸为10～50nm;这种非晶纳米晶复合涂层的硬度和弹性模量分别高达1055HV和214．40GPa。     

电弧喷涂制备纳米涂层的组织结构与性能

用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备一种高非晶含量的Fe基非晶涂层,将非晶涂层在600℃中保温1h,使非晶晶化形成纳米结构涂层。采用X射线衍射、差热分析、透射电镜、湿式橡胶轮磨粒磨损试验机测量涂层的组织和性能。试验结果表明,涂层呈典型的层状组织,结构致密,孔隙率低,晶粒尺寸为10~40 nm,其平均显微硬度为1143 HV0.1,同等试验条件下,纳米结构涂层耐磨粒磨损性能约为3Cr13涂层的5倍。     

热喷涂FeCrBSiNbW涂层结构演变及空蚀性能

利用高速电弧喷涂技术成功制备了FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层,系统研究了不同热处理温度下,高速电弧喷涂FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层组织结构的演变规律。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对涂层的组织结构进行了表征,在磁致伸缩汽蚀仪上采用失重分析法对不同热处理工艺下涂层的抗空蚀性能进行了研究,探讨涂层的空蚀破坏机理。结果表明：随着热处理温度的升高,涂层中非晶含量逐渐降低,当热处理温度高于550 ℃时,涂层中由单一的α(Fe,Cr)相转变为α(Fe,Cr)+ Fe3B相。涂层中α (Fe,Cr)晶粒尺寸随着热处理温度的升高逐渐增大,显微硬度也随之升高。空蚀实验结果表明,电弧喷涂FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层的抗空蚀性能随着非晶含量的降低而下降, 喷涂态涂层累积空蚀失重量最小,650 ℃热处理后涂层经180 min空蚀试验累积失重量最大,达到56.8 mg;涂层的失效模式主要为脆性剥落机制。     

激光重熔喷射电沉积纳米晶镍涂层微观结构

采用喷射电沉积法在45钢基体表面制备了纳米晶镍涂层,研究了激光重熔工艺对组织的影响.用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构和显微硬度.结果表明,在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但晶粒间仍有一定的间隙;经激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,使涂层致密化程度得以提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高.     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

脉冲电沉积纳米晶镍的力学性能研究

为提高纳米晶镍的显微硬度和抗拉强度,采用脉冲电沉积法制备了不同晶粒尺寸的纳米晶块体镍。利用X射线衍射法分析不同沉积条件的纳米晶镍表面织构和晶粒尺寸。采用超显微微米压痕仪测量表面硬度,利用英斯特朗疲劳试验机进行拉伸试验。结果表明,平均晶粒尺寸为12 nm的纳米晶镍表面显微硬度为598 HV,最大拉伸强度达1360MPa,分别为晶粒尺寸是55 nm的纳米晶镍2.0和1.6倍。另外,晶粒尺寸较小的纳米晶镍伸长率较低。     

Ti-Si-N纳米复合薄膜的结构与性能

用工业型脉冲直流等离子体增强化学气相沉积技术,在高速钢(W18Cr4V)表面沉积了Ti-Si-N复合薄膜,研究了Ti-Si-N复合薄膜的微观组织和力学性能.结果显示,薄膜相结构为纳米晶TiN和纳米晶或非晶TiSi2以及非晶相Si3N4;在Si含量为5.0 at%～28.0 at%范围内,薄膜的晶粒尺寸逐渐变大;Ti-Si-N薄膜的显微硬度相对于TiN有明显增加,最高硬度可达40 GPa;高温退火后,Ti-Si-N纳米复合薄膜的显微硬度与晶粒尺寸在800℃高温下仍然保持稳定.     

铝基非晶纳米晶复合涂层研究

采用自动化高速电弧喷涂系统,用自行研制的粉芯丝材,在AZ91镁合金基体表面上制备出Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的微观形貌和组织结构,结果表明Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层是由非晶相和纳米晶化相共同组成的,涂层结构致密,孔隙率约为1.8%.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的平均显微Vickers硬度值为311.7 HV0 1,结合强度为26.8 MPa.涂层的抗磨损耐腐蚀性能优于Al涂层和AZ91镁合金基体;其相对耐磨性约为Al涂层的10倍,为AZ91镁合金的6倍;其自腐蚀电位值正于Al涂层及AZ91镁合金,自腐蚀电流密度值约为Al涂层的1/2,AZ91镁合金的1/5;其腐蚀后的表面形貌比Al涂层和AZ91镁合金平整,点蚀较少.Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶复合涂层的耐磨防腐综合性能优异.     

超音速火焰喷涂Fe基非晶/纳米晶涂层的组织性能特征

采用超音速火焰喷涂设备制备了Fe基非晶／纳米晶涂层，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计等对涂层的微观形貌、结构特征及显微硬度进行了研究。涂层由变形带状粒子、未熔颗粒及少量孔隙组成，涂层致密。由于该方法的冷却速度高，涂层中形成了非晶，后续涂层的加热使部分非晶转变为纳米晶。涂层的显微硬度平均为1084HV0.2，明显高于基体；靠近涂层的基体表面产生了加工硬化。     

超音速火焰喷涂制备钼基非晶纳米晶涂层的研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术，在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上成功的制备出了一种Mo基非晶纳米晶复合涂层。这种涂层组织均匀致密，孔隙率小，约为3．4％，呈典型的层状分布；涂层是由非晶和纳米晶组成，在非晶基体中均匀分布了纳米晶粒。根据衍射峰的半高宽，计算出Mo基涂层中的晶粒平均尺寸为25～70nm，与通过透射电镜的观察得到晶粒大小数20～70nm相符；涂层具有较高的硬度，平均显微硬度为859．0HV50；所获得的非晶纳米晶涂层具有较高的热稳定性，在1020．1℃以下使用，不会发生晶型转变。     

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

高速电弧喷涂FeNiCrBSiNbW非晶涂层组织结构与力学性能对热处理温度的响应∗

Fe 基非晶涂层因较高的性价比、良好的耐蚀性而广泛应用于众多工业领域,但其在高温环境下的使役性能会因微观结构的变化而发生改变。 为了探讨 Fe 基非晶涂层组织结构与力学性能对热处理温度的响应,利用高速电弧喷涂技术制备 FeNiCrBSiNbW 非晶涂层,随后对其进行不同温度热处理,获得三种具有不同组织结构的涂层。 采用 X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、差示扫描量热仪、电子万能试验机、显微硬度计、纳米压痕仪对不同热处理温度下涂层的组织结构和力学性能进行表征。 结果表明:FeNiCrBSiNbW 涂层中非晶相的晶化过程包括初晶晶化与共晶晶化;随着热处理温度的升高,涂层的非晶相含量、孔隙率、结合强度与断裂韧性逐渐降低,而涂层的硬度与弹性模量不断增大。 研究成果对调控高速电弧喷涂 Fe 基非晶涂层的组织结构与力学性能有一定的指导意义。     

铁基非晶合金涂层制备及应用现状

综述了铁基非晶涂层的制备技术、成形特征及显微结构,发现随着喷涂热输入的增大,涂层结构更致密,孔隙率下降,但是涂层中非晶含量降低,含氧量增加。概述了铁基非晶涂层的腐蚀性能、腐蚀行为、磨损机制的进展,并总结了铁基非晶涂层当前的工程应用现状,认为铁基非晶涂层的腐蚀性能取决于涂层化学成分和显微结构的均匀性。非晶含量越高,涂层的耐蚀耐磨性能越好;非晶的孔隙率越低,涂层的耐蚀耐磨性能更优异。但是非晶涂层的点蚀规律及机理尚未形成统一认识。依据非晶涂层的研究现状,提出了非晶涂层在制备、性能及相关机理方面存在的问题,展望了铁基非晶涂层的应用前景。     

超音速等离子喷涂非晶涂层微观结构与摩擦学性能

采用新一代超音速高能等离子喷涂(SAPS)技术制备了Fe基和Mo基两种非晶涂层,对涂层的微观结构与摩擦学性能进行对比分析。结果表明,SAPS喷涂Fe基和Mo基非晶涂层内部孔洞少、结构致密性高。与Fe基涂层相比,具有更低孔隙率的Mo基涂层在摩擦过程中表现出更低的磨损率(1.1×10^-4 μm·N^-1·s^-1),耐磨性更优。涂层的磨损机理均以磨粒磨损和疲劳磨损为主,并伴随着磨屑氧化。     

(Ti+B4C)/Fe901比对等离子熔覆铁基涂层结构及硬度的影响

目的获得高质量等离子熔覆铁基涂层的优化成分。方法以Fe901、Ti、B_4C粉为原料,采用反应等离子熔覆法在Q235钢基体上原位合成铁基涂层,研究了反应物(Ti+B_4C)/Fe901质量比(15/85、25/75和35/65)对涂层中强化相的形成、界面结合情况、显微组织结构以及硬度的影响。结果铁基涂层均与基体呈冶金结合。(Ti+B_4C)/Fe901质量比较大时,会使界面结合处质量下降。(Ti+B_4C)/Fe901比为15/85时,涂层主要由(Fe,Cr)固溶体、TiB2、TiC、Ti8C5、Fe3C和Fe B相组成。增大(Ti+B_4C)/Fe901比,不会导致新相形成,但可以抑制Fe B析出,涂层中的TiC通过多步反应而形成。涂层显微硬度随(Ti+B_4C)/Fe901比增大,整体呈上升趋势。(Ti+B_4C)/Fe901比不大于25/75时,涂层显微组织较为均匀,显微硬度沿层深方向变化较平稳;进一步增大(Ti+B_4C)/Fe901比,涂层显微组织和硬度均呈现梯度分布,涂层上部硬度与下部硬度差值可达630HV0.1。结论通过调控主要增强相的反应物成分含量,可使等离子熔覆铁基涂层的显微组织和硬度呈现出梯度分布特征或较好的均匀性,从而满足不同的实际应用需求。     

稀土元素对等离子束表面冶金涂层组织和性能的影响

采用直流放电压缩电弧等离子束表面冶金技术，在Q235钢表面制备了添加La2O3和CeO2的铁基合金涂层。研究了稀土对等离子束表面冶金涂层的组织和性能的影响。结果表明，添加适量的稀土氧化物可有效改善冶金层的组织和性能，减少其中的裂纹与气孔，提高显微硬度和韧性。     

H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

等离子弧堆焊铁基熔覆层组织结构与磨损行为

设计开发了一种铁基(含Cr,Mo,C,B,Si,Mn等元素)多元合金粉末,采用等离子弧堆焊(PTAW)技术在AISI304L不锈钢表面制备相应熔覆层,通过XRD,SEM,EDS及磨粒磨损试验机等对熔覆层微观组织结构和磨损行为等进行表征,并与传统NiCrBSi和NiCrBSi+25%WC粉末的PTAW熔覆层进行了对比研究.结果表明,所设计的铁基合金熔覆层成形良好,基体组织由Fe-Cr固溶体相与γ-Fe相构成,其间包裹着大量弥散分布的富钼硼化物和M₂₃(B,C)₆硬质相,对熔覆层组织能够起到有效的支撑和强化作用.铁基熔覆层的宏观硬度平均值高达64.2HRC,其相对耐磨性明显优于NiCrBSi+25%WC熔覆层,并达到NiCrBSi熔覆层的8倍以上.     

激光成形修复ZL104合金的组织与性能研究

针对深井钻机刹车盘的工况条件,采用激光熔覆技术在35CrMo钢表面分别制备Fe基涂层和含Cr3C2的Fe基合金复合涂层,研究了2种涂层的组织结构、显微硬度及耐干滑动摩擦磨损性能。结果表明,Fe基涂层以亚共晶方式结晶,在初生柱状固溶体枝晶间存在大量网状共晶组织,主要由γ-Fe、Cr7C3及少量的Cr-Fe固溶体等组成。Fe基复合涂层中Cr3C2大部分溶解,枝晶凝固特征保持不变,枝晶组织明显细化,主要由γ-Fe、Cr7C3及少量的Cr-Fe固溶体及较少量未熔的Cr3C2等组成。Fe基复合涂层的显微硬度及其摩擦磨损性能优于Fe基涂层。     

铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的研究进展

激光熔覆技术作为推动国家制造业升级的重要绿色制造和再制造技术,在航空航天、海工交通、冶金机械等重点领域具有广阔的应用前景。激光制造用粉末材料是影响该技术应用和发展的关键因素之一,其中铁基合金材料具有成本低、力学性能好、应用范围广等优势,特别是不锈钢体系的铁基合金因其良好的力学性能和优异的耐蚀性能而逐渐成为研究关注的焦点。全面综述了国内外在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的相关研究进展。根据显微组织的不同,目前采用激光熔覆技术制备的不锈钢涂层的类型主要有:奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢以及双相型不锈钢。重点综述了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、熔覆方式等)、合金元素(Al、Ni、B、Mo等)、添加物(SiC、WC、VC、Cr3C2、Al2O3等陶瓷相)以及热处理(固溶处理、低温回火等)等因素对激光熔覆不锈钢涂层组织和性能的影响,主要包括对熔覆层的相组成、截面几何尺寸、稀释率、残余应力、力学性能、耐蚀性能等的影响规律及微观机制。同时,指出了目前在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层领域中存在的主要问题及今后的发展方向。