激光重熔Al2O3-TiO2涂层的强韧性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al₂O₃-TiO₂涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂涂层中的主相为γ-Al₂O₃,而相应重熔涂层中的主相为α-Al₂O₃.激光重熔可消除喷涂态涂层内部的孔隙、微裂纹和层状堆垛等微观缺陷,获得致密化的组织,并使涂层与基体形成良好冶金结合.重熔涂层的硬度比相应喷涂态涂层约提高了50%,裂纹扩展抗力相比喷涂态涂层提高了近两倍.激光重熔纳米涂层中的未熔增强颗粒和纳米结构特性等对涂层起到了协同强化和韧化作用.     

离子注入法在316L不锈钢基体上制备Al2O3 阻氚涂层

采用离子注入技术在316L不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层。对离子注入法的不同工艺参数对α-Al₂O₃涂层摩擦磨损、耐腐蚀、抗热震、阻氚性能的影响进行了研究。结果表明：温度、加速电压及离子注入剂量对α-Al₂O₃的含量均有影响。温度升高时, α-Al₂O₃的含量增加。增大加速电压及离子注入剂量时,α-Al₂O₃含量均出现先升高后降低的规律。离子注入剂量对涂层的摩擦磨损、耐腐蚀性能影响比较大：离子注入剂量越大,涂层的耐磨、耐腐蚀性能越好。涂层经过200次热震测试后未发生变化,抗热震性能较好。Al₂O₃膜层具有优异的阻氚性能,在600 ℃下能使316L不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。     

SiC和Al2O3颗粒对Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn合金微磨损行为的影响

本文研究了SiC和Al₂O₃颗粒对生物医用植入材料Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn合金的微磨损行为的影响。在文中研究了合金的比磨损率、摩擦系数、磨损机制以及微磨损与腐蚀之间的协同作用。研究结果显示,合金的比磨损率随磨粒尺寸的增加而增加。由于SiC磨粒的硬度和切削性均优于Al₂O₃磨粒,由此在同尺寸磨粒下SiC磨粒所造成的材料的损失比Al₂O₃磨粒造成的要大。摩擦系数的结果显示,在同一种磨粒作用下,Hank’s溶液中所获得的摩擦系数的平均值大于蒸馏水中所获得的摩擦系数平均值,且由于Hank’s溶液的腐蚀性所致在Hank’s溶液中获得的摩擦系数的稳定性要比在蒸馏水中的稳定性差;在同尺寸磨粒下,Al₂O₃磨粒所造成的摩擦系数要大于SiC磨粒所造成的。随磨粒尺寸的减小,磨损机制由三体磨损转变为混合磨损之后再转变为二体磨损。从磨损机制图中可以看出腐蚀对材料损失的贡献是不容小视的,磨损机制为以磨损为主的磨损腐蚀。     

煤油流量对NiCrBSi-CrSi2涂层微观结构及高温磨损性能的影响

在12CrMoVG基体上通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,分别采用不同煤油流量制备了NiCrBSi-CrSi₂复合涂层。利用 XRD、SEM、EDS、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和高温旋转式摩擦磨损试验机分别表征了不同煤油流量下涂层物相、组织结构、力学性能和高温摩擦磨损性能。结果表明: 不同煤油流量涂层的物相组成基本相同,均有γ-Ni、Ni₃B、Cr₂B、CrSi₂和Cr₅Si₃,但随着煤油流量升高,涂层中的CrSi₂和Cr₂B的部分会分别转变为Cr₅Si₃和CrB相。涂层显微硬度和结合强度随着煤油流量的升高均呈现先增后减的趋势,孔隙率和磨损率表现出先减后增的趋势。当煤油流量为30 L/h时,粉末熔融效果最好,涂层的孔隙率最低为0.17 %,显微硬度较高达到569 HV_0.3,结合强度较高为59 MPa,磨损率最低为2.84×10_-14 m₃^/(N.m)。磨痕表面产生的 Cr₂O₃、SiO₂和NiCr₂O₄等氧化物以及较高的涂层硬度使得30 L/h的涂层显示出最优的耐高温摩擦磨损性能。涂层的磨损机制以氧化磨损和黏着磨损为主。     

La2O3含量对Al2O3/Cu基复合材料组织与性能的影响

以La₂O₃粉、Al粉、CuO粉为反应物原料、纯铜为基体,采用原位合成技术和近熔点铸造法制备颗粒增强Cu基复合材料,研究La₂O₃对Al-CuO体系制备的Cu基复合材料组织及性能的影响。结果表明：添加La₂O₃可获得纳米Al₂O₃颗粒,且弥散分布于Cu基体中,制备的材料组织更加细小、均匀,其材料的电导率及摩擦磨损性能明显提高。当添加0.6%wtLa₂O₃,复合材料的电导率达到90.2%IACS,磨损量达到最小,相比未添加La₂O₃,其导电率提高10.1%,磨损量减小36.6%。     

γ-TiAl合金表面Al2O3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能研究

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al₂O₃/Al复合涂层。在850 °C下、 100 wt.% Na₂SO₄熔盐中观测Al₂O₃/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al₂O₃/Al复合涂层具备由Al₂O₃表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al₂O₃,TiO₂和TiAl₃。致密的Al₂O₃/Al复合涂层有效地抑制了O_2-,S_-和Na₊对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al₂O₃/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。     

三元共晶成分Al2O3/YAG/ZrO2粉体及陶瓷的制备与组织性能研究

本文采用醇水共沉淀法制备了三元共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂粉体,在600-1350_oC温度范围煅烧后研究其物相转变过程。经1300_oC煅烧后Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶成分粉体的物相由α-Al₂O₃、c-ZrO₂和YAG构成,且具有α-Al₂O₃相包裹c-ZrO₂相的特殊结构。将煅烧粉体在1550_oC下热压烧结,制备具有内晶型结构的共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂复相陶瓷,其致密度、室温抗弯强度、断裂韧性和高温(1000_oC)抗弯强度分别为98.8%、420 MPa、3.69 MPa.m_1/2和464 MPa,并对复相陶瓷组织结构的形成机理进行了探讨。     

纳米Al2O3/TiO2多层涂层的低温制备及其性能*

采用原子层沉积技术(ALD)在 200 ℃低温条件下将纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层沉积在硬质合金刀具表面。利用扫描电镜 SEM、划痕测试仪和三向测力仪以及数控机床等设备,对不同形式的纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层刀具的涂层-基体结合力和切削性能等进行研究。结果表明,基于原子层沉积技术低温制备的纳米多层涂层刀具的涂层-基体结合强度高;涂层层数、 涂层沉积顺序及涂层层厚比对纳米多层涂层刀具的切削力有不同程度的影响;纳米多层涂层刀具更适合高速切削,当切削速度大于 2.33 m / s 时,纳米多层涂层刀具的切削力和摩擦因数呈下降趋势,表现出良好的切削性能,其中双层纳米涂层刀具的切削性能更好;在高速切削时,纳米多层涂层刀具表面摩擦因数比普通未涂层硬质合金刀具低,纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层能够有效改善刀具的黏结磨损,减少刀-屑粘黏现象和烫伤现象,能够改善刀具表面的耐磨损性能。     

ZrB2增韧Al2O3陶瓷制备工艺及其对复相陶瓷力学性能影响

Al₂O₃陶瓷因具有很高的强度和耐蚀性受到广泛关注。但由于相对较差的韧性限制了其广泛应用。Al₂O₃陶瓷增韧的方式很多,本文采用微米ZrB₂来增韧氧化铝陶瓷,探讨复相陶瓷烧结工艺,并研究工艺参数对复相陶瓷力学性能及韧性的影响。结果表明：采用单因素法得到两种陶瓷最佳工艺参数分别是纯α-Al₂O₃陶瓷烧结温度为1500℃,成型压力为450MPa,保温时间为8h,球料比为1/2,保压时间为10min;ZrB₂(wt,20%)+α-Al₂O₃ (wt,80%)复相陶瓷烧结温度为1450℃,成型压力为450MPa,保温时间为8h,球料比为1/2,保压时间为10min。其中成型压力、烧结温度和保温时间对复相陶瓷硬度及致密度影响最大。ZrB₂的加入,在降低陶瓷烧结温度的同时,可以将纯α-Al₂O₃陶瓷的断裂韧性由5.2±0.3MPa.m^_1/2提高到6.7±0.2MPa.m^_1/2。     

等离子喷涂不同比例掺杂G-Al2O3-13%TiO2复合涂层的耐腐蚀性能

为解决等离子喷涂陶瓷涂层孔隙率高的问题,将 Al₂O₃-13%TiO₂(AT13)粉体与 CaO-MgO-Al₂O₃ -SiO₂(G)硅酸盐玻璃粉按不同比例混合,采用等离子喷涂技术制备得到 AT13、G ∶AT13 = 1 ∶ 10(GA-1)、G ∶AT13 = 2 ∶ 10 (GA- 2)、 G ∶AT13 = 3 ∶10 (GA-3) 这 4 种涂层,对 4 种涂层的相组成和微观形貌进行了分析,利用浸泡腐蚀与电化学腐蚀试验分别对涂层耐腐蚀性能进行了研究。 结果表明:4 种涂层均由 α-Al₂O₃ 、γ-Al₂O₃ 、金红石型 TiO₂ 和 Al₂TiO₅ 相组成;AT13、 GA-1、GA-2 和 GA-3 涂层的孔隙率分别为 13. 2%、11. 4%、7. 8%和 8. 8%;在 3. 5% NaCl 溶液中浸泡腐蚀 1000 h 后,3 种 GA-X (X= 1,2,3)涂层的腐蚀面积与纯 AT13 涂层相比都有所减小;电化学阻抗(EIS)和动电位极化曲线(PD)结果表明涂层的耐腐蚀性随着玻璃粉的掺入而提高,但玻璃粉掺量不是越高越好,以 G ∶AT13= 2 ∶10 比例掺杂的涂层耐腐蚀性能最优。     

载荷对钛合金Al2O3Y2O3/AlY复合涂层摩擦学性能的影响

为了提高耐摩擦磨损性能,采用磁控溅射技术在γTiAl钛合金表面制备了Al2O3Y2O3/AlY复合涂层。检测了涂层的厚度、表面硬度、微观组织和成分变化。通过在130g、230g和330g载荷下采用GCr15钢球作摩擦副进行的摩擦磨损试验,研究了有和无复合涂层的γTiAl合金的耐摩擦磨损性能。结果表明:Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的厚度约为33μm,由Al2O3Y2O3层、AlY层和扩散层组成,平均表面硬度为433.4HV0.1。带复合涂层的γTiAl合金摩擦因数和比磨损率均比无涂层γTiAl合金的小。在不同的摩擦磨损试验载荷下,无涂层γTiAl合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而有Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的γTiAl合金则主要是磨粒磨损和氧化磨损。     

稀土改性Fe-Al层表面Al2O3 薄膜的物相分布

在760 ℃下采用稀土改性包埋渗铝以及原位氧化方法制备Fe-Al/Al₂O₃复合涂层,研究了渗铝层和氧化膜的微观组织和相分布。结果表明,稀土改性渗铝层可分为3层：外层渗铝层、过渡层和内扩散层。渗铝层主要由FeAl相和Fe₃Al相组成。FeAl相主要集中在渗铝层的外层,为Al₂O₃氧化膜的选择性氧化提供了有利条件。氧化膜表面呈α-Al₂O₃脊状结构。此外,表面氧化铈的存在是由于氧化初期Ce向外扩散且与O₂的优先反应。氧化膜可分为2层,即纯α-Al₂O₃层和主要由α-Fe(Al)和Al、Fe、Ce的混合氧化物组成的过渡层。     

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 利用双向脉冲复合电沉积技术制备Ni/Al₂O₃复合镀层，并用X射线衍射（XRD）、扫描电镜/能谱（SEM/EDS）及性能测试等方法研究了复合镀层的组织与硬度。结果表明：采用双向脉冲电沉积技术可获得结晶细密且表面光滑平整的Ni/Al₂O₃复合镀层。在本试验范围内，镀层的硬度随着Al₂O₃含量的增加而升高。     

石墨烯量子点/纳米Al2O3协同生长润滑转移膜机制∗

为改善环氧树脂(EP)的摩擦学性能,将氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs)和 Al2O3 纳米颗粒(Nano-Al₂O₃ )杂化物添加到环氧树脂中制备 EP 纳米复合材料。 利用 MRH-1A 摩擦试验机考察纳米复合材料在 PAO 油润滑条件下的摩擦磨损性能, 结合磨损表面的形貌及摩擦化学分析,研究界面转移膜的形成机理和润滑效应。 试验结果表明,3N-GQDs-1Nano-Al₂O₃ / EP 纳米复合材料获得了最好的摩擦学性能,其最低摩擦因数和磨损率分别为 0. 08 和 7. 4×10^-5 mm³ / Nm。 同时对偶金属表面上能够观察到一层均匀的转移膜,其中 C、N、O 元素主要分布于沟壑,而 N、Al 元素则集中于高台区域。 机理分析表明,N-GQDs 和 Nano-Al₂O₃ 有效促进了转移膜的生成,从而避免了摩擦界面的直接接触。     

铝基表面等离子喷涂Al2O3-TiO2-Ta涂层的制备及防腐性能

采用等离子喷涂技术在铝基表面构建Al₂O₃-TiO₂涂层和Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层。由于钽元素的引入,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层表面形貌更均匀、致密。同时钽金属具有极强的耐酸碱特性,因此,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层相对于Al₂O₃-TiO₂涂层具有更强的耐腐蚀性。Tafel曲线结果显示,Al₂O₃-TiO₂涂层使得基体的腐蚀电位仅正移了99.6 mV,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层使得铝基体腐蚀电位正移了208.9 mV。因此,由于耐蚀性极强的Ta金属的掺入,Al₂O₃-TiO₂涂层的防腐性得到了极大的增强,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层有效地防止铝合金腐蚀。     

基于磁过滤技术的热障涂层表面Al2O3 覆盖层抗CMAS腐蚀性能

为了提高热障涂层（TBC）的抗沉积物（主要成分为CaO、MgO、Al₂O₃和SiO₂,简称CMAS）腐蚀性能,采用磁过滤阴极真空电弧（FCVA）技术在TBC表面上制备了致密的Al₂O₃覆盖层,比较和分析了Al₂O₃改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和抗CMAS腐蚀性能。结果表明：使用FCVA技术制备Al₂O₃覆盖层的过程对7%（质量分数）氧化钇稳定的氧化锆（7YSZ）相的结构无明显影响,且经Al₂O₃改性的TBC综合性能均优于沉积态TBC。在1250 ℃、CMAS腐蚀条件下,Al₂O₃覆盖层有效地限制了熔融CMAS在TBC表面上的扩散行为。同时,Al₂O₃填充了7YSZ柱状晶之间的间隔并且阻碍了熔融CMAS的渗透,证明了FCVA可作为一种制备Al₂O₃涂层的新方法以提高TBC的抗CMAS腐蚀性能,且Al₂O₃涂层及其制备过程对TBC的热震性能均无消极影响。     

超音速激光沉积Cu-Al2O3-石墨复合涂层微观结构及耐磨损性能

目的 研究不同石墨含量对超音速激光沉积Cu-Al2O3-石墨复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。方法 利用扫描电子显微镜、能量色谱仪、维氏硬度计、激光共聚焦扫描显微系统、X射线衍射仪、摩擦磨损测试对复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能及磨损机制进行分析。结果 随着原始粉末中镀铜石墨质量占比的增加,Cu-Al2O3-石墨复合涂层的沉积效率逐渐降低。基于Al2O3颗粒的原位喷丸效应及激光辐照的加热软化效应,复合涂层具有致密的微观组织,且复合涂层与基体界面结合良好。单一添加Al2O3颗粒可以将Cu涂层的硬度从108.19HV0.2提高至121.82HV0.2。随着石墨含量的增大,涂层的显微硬度逐渐降低,镀铜石墨在原始粉末中的质量分数从5%增至15%,Cu-Al2O3-石墨复合涂层的硬度从116.09HV0.2降至94.17HV0.2。添加石墨能够在复合涂层表面形成固体润滑层,降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能。CuAlGr10复合涂层具有最优的耐磨损性能,磨损率为0.7×10⁻⁴ mm³/(N.m)。此外,由于激光辐照促进了复合涂层内部颗粒间的界面结合,均匀分散在石墨润滑相中的Al2O3颗粒作为负载支撑和耐磨相,可进一步降低复合涂层的磨损率。结论 Cu-Al2O3-石墨复合涂层优异的耐磨性能是润滑相石墨颗粒和硬质增强相Al2O3颗粒共同作用的结果,石墨的添加能够降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能,但过量的石墨颗粒会对涂层产生割裂作用,导致增强相Al2O3颗粒脱离涂层,从而加剧涂层的磨损。     

ZrCr梯度界面层对Zr/Al2O3涂层体系抗热震性能影响及机理研究

采用中频磁控溅射和超音速等离子喷涂依次在锆合金(Zr-4)基体表面制备了Zr(84.61 at.%)Cr/Zr(17.39 at.%)Cr/Al₂O₃(ZrCr梯度界面层)和Al₂O₃ (无ZrCr梯度界面层)涂层。利用XRD、SEM和HRTEM等重点分析了ZrCr梯度界面层对Zr-4/Al₂O₃涂层界面微观结构、结合强度和抗热震性能的影响。研究结果表明：通过增设ZrCr梯度界面层,能显著提升Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系结合强度至50.3±2.52 MPa,较Zr-4/Al₂O₃体系结合强度值提升约46%;循环热震条件下,Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系膜基界面完整,与ZrCr梯度界面层能显著提升界面结合强度且喷涂及热震实验过程中ZrCr梯度界面层Cr原子优先形成较致密的Cr₂O₃能进一步有效抑制氧扩散至Zr-4有关;Zr-4/Al₂O₃膜基界面则出现明显开裂甚至剥离行为,其主因是Zr-4/Al₂O₃两者界面热应力集中而导致Zr-4/Al₂O₃界面开裂;HRTEM和EDS线扫描结果证实在Zr-4/Al₂O₃界面开裂处形成的疏松ZrO₂氧化物是后续热震循环中进一步加剧涂层大面积剥落失效的根本原因。     

C/Al2O3复合材料的固体粒子冲蚀行为与磨擦磨损性能研究

以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al₂O₃(C/Al₂O₃)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加;温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al₂O₃复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷,C/Al₂O₃复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al₂O₃陶瓷。     

水环境中等离子喷涂纳米/微米喂料Al2O3/TiO2涂层的摩擦学行为

利用纳米结构和常规喂料用大气等离子喷涂方法制备了Al2O3/TiO2涂层,研究了水环境中两种涂层与不锈钢对磨时的摩擦磨损性能.结果表明：水环境中,两种涂层摩擦因数变化不大,但是纳米喂料涂层耐磨性能明显优于常规涂层,同时其对偶的磨损率仅为常规涂层对偶磨损率的1/3～1/5,磨损率随载荷的增加不断增加.讨论了水环境中两种涂层的磨损机制.