热/冷喷涂典型抗空蚀涂层结构与性能研究

冷喷涂作为近年来兴起的涂层固态沉积技术,所制备的涂层具有高结合强度、高硬度、无氧化夹杂等优点,在过流器械表面的空蚀损伤防护方面极具应用潜力。采用冷喷涂技术,在40Cr钢基体表面制备了高致密的CuAl9Fe1铝青铜抗空蚀涂层,利用光镜/扫描电镜、显微硬度计、超声波空蚀试验机、三维轮廓仪等设备,表征了涂层的微观结构、力学性能及抗空蚀性能,分析了涂层的空蚀破坏形貌及机理,并与超音速火焰(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)喷涂制备的WC类典型抗空蚀涂层(WC-Co-Cr和WC-Cr₂C₃-Ni)进行了对比。结果表明,冷喷涂CuAl9Fe1涂层的平均孔隙率为1.4%,平均显微硬度为3126 MPa,平均结合强度为32.3 MPa,空蚀6 h的空蚀深度为4.988μm;与之相比,HVOF喷涂的WC-Co-Cr和WC-Cr₂C₃-Ni涂层的平均孔隙率分别为0.7%和1.6%,平均显微硬度分别为10 065和10 094 MPa,平均结合强度分别为84.2和73.5 MPa,空蚀6 h...     

冷喷涂Zn-Al合金涂层组织结构和力学性能研究

以Q235钢为基体制备高压冷喷涂Zn-Al合金涂层,研究了基体粗糙度对冷喷涂Zn-Al合金涂层组织结构、显微硬度和结合强度的影响。研究表明,冷喷涂Zn-Al合金涂层具有致密的组织结构,涂层孔隙率在0.5%以下,并且在喷涂过程中没有产生粉末相变和氧化,随着基体粗糙度增加,涂层-基体界面的机械咬合得到明显改善。基体粗糙度对涂层显微硬度的影响主要集中在涂层-基体界面附近,随着基体粗糙度增加,该界面附近涂层的显微硬度随之增加,而远离该界面的涂层显微硬度受基体粗糙度的影响不大。基体粗糙度对涂层结合强度有显著影响,当基体粗糙度由1.6增加到10.2μm时,涂层结合强度由7.5增加到46.4 MPa,拉伸断裂失效模式由粘着断裂转变为粘着断裂、粘聚断裂的复合失效模式。     

超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响

利用多功能超音速火焰喷涂(HVO-AF)焰流温度的特点(1400~2800℃)分别在三种条件下(HVOF,HVO-AF和HVAF)制备WC-12Co涂层。用Knoop压痕法对涂层的弹性模量进行测试,并测量涂层的显微硬度。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)探讨涂层的显微结构、成分和相组成。结果表明:与微米结构涂层相比,纳米结构涂层组织均匀、致密,孔隙率低,显微硬度与弹性模量均大幅提高,其中HVO-AF状态下制备的纳米结构WC-Co涂层平均硬度与弹性模量最高,分别为1515MPa和308GPa,而HVOF与HVAF状态下的纳米WC-Co涂层平均硬度与弹性模量分别为1390MPa,286GPa和1469MPa,270GPa;HVO-AF状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为1065MPa和242GPa。在HVO-AF状态下,焰流温度适中,可有效控制纳米WC-12Co粉末的分解,测得的涂层弹性模量最高。     

飞机发动机风扇叶片CuNiIn涂层等离子喷涂的工艺优化

为了给国内航空发动机风扇叶片Cu Ni In涂层制备提供相关技术支持,利用等离子喷涂技术在Ti6Al4V基体材料上制备Cu Ni In涂层,观察涂层微观结构,分析涂层孔隙率、界面污染物等,研究喷涂功率、喷涂距离及基体表面粗糙度对涂层结合强度、显微硬度等的影响。结果表明:喷涂功率的增加会导致Cu Ni In涂层显微硬度增加,结合强度降低;喷涂距离增加,涂层显微硬度和结合强度都呈现先增后减的趋势;基体表面粗糙度增加,涂层结合强度增加,但粉末沉积率降低;优化工艺为喷涂功率32.3 k W,喷涂距离85 mm,采用36目白刚玉喷砂(基体表面粗糙度6.3μm);优化工艺制备的涂层结合强度达到45.83 MPa,显微硬度达到159.2 HV,孔隙率为0.578%,可为国内风扇叶片Cu Ni In涂层制备提供相关技术支持。     

冷喷涂制备非晶合金涂层的研究进展

综述了近年来冷喷涂制备非晶合金涂层的现状,总结了喷涂工艺参数对铁基、铝基、铜基及镍基等非晶合金涂层制备的影响,详细阐述了涂层晶化及沉积机制,并在冷喷涂涂层硬度、耐磨及防腐性能等方面进行了归纳,最后对冷喷涂技术在非晶合金制备的发展趋势进行了展望.     

多元高铝青铜优化Ni60合金涂层减摩性能的研究

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢基体上制备高铝青铜含量分别为0、5%、10%的镍基合金/高铝青铜复合涂层。采用XRD对3组涂层的相结构进行分析,测定基体-涂层的显微硬度,并研究涂层与对磨件304不锈钢的干摩擦行为,探讨高铝青铜的加入对镍基合金涂层力学性能及摩擦学性能的影响。结果表明,随着高铝青铜的加入,涂层的显微硬度和摩擦系数明显降低。其中含10%高铝青铜的复合涂层硬度波动性趋于稳定;而高铝青铜含量为5%时,在低载荷下涂层的摩擦系数较未加高铝青铜低,随着载荷增加,摩擦系数缓慢增加,到200N高载荷时,3种涂层的摩擦系数基本相同(约0.25),其减摩作用不再明显。较低载荷下含高铝青铜的涂层具有较低的摩损量,而高载荷下,含5%高铝青铜的涂层较其它两组涂层具有更低的磨损量,总体摩擦磨损性能优良。     

盐雾腐蚀对铜铝/镍石墨封严涂层可磨耗行为的影响

本文通过中性盐雾试验以及电化学分析技术研究了铜铝/镍石墨封严涂层的腐蚀行为和腐蚀机制,中性盐雾腐蚀后铜铝/镍石墨显示出明显的腐蚀迹象,表面形成大量的腐蚀产物。通过对涂层的宏观形貌、显微组织、结合强度等性能进行测试分析,掌握了铜铝/镍石墨封严涂层盐雾腐蚀后的性能衰变特征。利用高速刮擦试验机模拟高压压气机叶片与封严涂层的刮擦行为,研究了喷涂态以及腐蚀态的铜铝/镍石墨封严涂层与高温合金模拟叶片试件的磨损行为。结果表明:在高速刮削条件下,喷涂态以及腐蚀态的铜铝/镍石墨封严涂层与高温合金叶片的磨损机制为涂层剥落和叶片氧化磨损机制。高温合金叶片与腐蚀态的铜铝/镍石墨封严涂层对磨后,涂层表面状态恶化,涂层更容易剥落,叶片磨损情况变化不大。     

电热爆炸定向喷涂WC-Co涂层实验研究

采用电热爆炸定向喷涂技术在45钢基体上制备了WC-17%Co硬质合金涂层.利用扫描电镜和能谱仪对涂层显微组织进行了分析,借助纳米硬度计测定了涂层的硬度和弹性模量.研究结果表明:涂层组织细小均匀,涂层致密,孔隙率低;涂层与基体结合良好,界面附近存在元素扩散现象,涂层与基体为冶金结合;涂层弹性模量在210GPa-250GPa之间;涂层硬度达到17.1GPa,为原始硬质合金硬度的1.3倍左右,远远高于其他传统喷涂层硬度.     

超音速火焰喷涂Ni基涂层组织与性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了3种镍基涂层,并研究了涂层的显微组织和性能.结果表明:使用烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度、显微硬度均高于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层,Ni包C涂层中产生大量的气体并含有许多的未熔软质相,使得其孔隙率最大,结合强度、显微硬度最低;镍在涂层中起粘结作用,镍含量的增加能显著提高涂层的结合强度和显微硬度;涂层中起减磨作用的MoS2和C相会明显降低涂层的结合强度.     

ZM6镁合金冷喷涂Al涂层结构与耐蚀性研究

为提高镁合金耐蚀性,在ZM6基体上采用冷喷涂技术制备了纯铝涂层。用扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、显微硬度测试仪等研究了涂层形貌结构和性能;利用电化学方法和中性盐雾实验对涂层的抗腐蚀性能进行了评价。结果表明:在ZM6基体上冷喷涂的铝涂层结构致密,孔隙率为0.8%,显微硬度HV平均为59.8,高于镁合金;结合力达到21MPa;涂层抗腐蚀性能优于镁合金,冷喷涂铝涂层的自腐蚀电位与镁合金相比较,提高了约700mV,中性盐雾实验200h无腐蚀,可为ZM6提供长效保护。     

超音速电弧与普通电弧喷涂FeCrNiB涂层的耐磨损性能

为了提高电弧喷涂涂层的结合强度及耐磨损性能,采用超音速电弧喷涂技术和普通电弧喷涂技术在Q235钢表面分别制备了Fe17Cr5NiB涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对比分析了2种涂层的微观结构及性能。结果表明:超音速电弧涂层具有更加致密的结构,其平均孔隙率为0.95%,远低于普通电弧涂层;超音速电弧涂层与基体呈紧密结合,其结合强度为60 MPa,而普通电弧涂层与基体之间呈明显的分层状态,其结合强度仅为28 MPa;超音速电弧涂层具有良好的非晶态结构及致密性,使其具有远高于普通电弧涂层的硬度以及耐磨损性能,显微硬度高出普通电弧涂层32.27%,耐磨损性能是普通电弧涂层的2倍以上(是基体的14倍以上)。     

T2纯铜/2024铝合金爆炸焊接接头界面结构及性能

为研究铜铝异种金属爆炸焊接头界面形成机理,采用爆炸焊对T2纯铜和2024铝合金进行了焊接.通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、万能材料试验机和纳米压痕仪,对T2/2024复合板结合界面的显微组织、成分分布和力学性能进行了测试分析.结果表明:T2/2024合金爆炸复合板结合界面呈波状结合,结合界面主要由平直界面、波状界面和局部熔化层界面构成;靠近结合界面处,基体金属发生塑性变形,晶粒细化;反应层主要成分为AlCu和Al_2Cu的混合物.复合板拉剪试验表明,T2/2024合金爆炸复合板平均结合强度为67 MPa,纳米压痕测试反应层平均硬度可达8 GPa.     

电磁轨道失效与表面喷涂Mo技术研究

为提高电磁轨道材料性能,采用等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了Mo涂层,观察了涂层显微形貌,测试了显微硬度和载流摩擦磨损性能,并与基体进行了比较。结果表明:Mo涂层显微硬度平均值为482.3HV1 N,比基体45CrNiMoVA钢硬度提高1倍。涂层与基体结合强度为41.5 MPa,结合方式为机械结合;同等载流摩擦磨损试验条件下,与基体45CrNiMoVA钢相比,Mo涂层磨合时间较短,摩擦系数更小(0.6),耐电弧烧蚀能力强,磨损量小;涂层磨损机理为断续式黏着磨损。     

Properties of CuSn bronze at 4.2 K

Mechanical properties of bronze at 4.2 K were determined as a function of tin content. The 0.02% offset yield strength varied from 76 MPa for pure copper to 241 MPa for an 8.2 w/o Sn bronze. The work-hardening modulus varied correspondingly from 1.9 GPa to 9.6 GPa. Electrical resistivity at 4.2 K was also measured as a function of tin content and found to vary from 1.27 × 10^?8 ohm-cm (pure copper) to 1.3 × 10^?5 ohm-cm (10.7 w/o Sn bronze).     

Enhanced interfacial strength of graphene reinforced aluminum composites via X (Cu,Ni, Ti)-coating: Molecular-dynamics insights

The poor interface bonding between graphene and aluminum is one of the main challenges which could impede wider application of graphene/Al composites. Coating metals on graphene layer could be an effective method to solve this problem. In this research, the pullout processes and uniaxial tensile tests were performed by using molecular dynamics (MD) simulation method to explore how the coating metals, such as Ni, Cu and Ti, affect the interfacial strength between C-Al bonds and the mechanical properties of nanocomposites, respectively. The results reveal that Ni is the most powerful coating metal among these three candidates in enhancing interfacial strength since it has the highest value of pullout force. Also, it leads to an enhancement of 26.39% in the Young’s modulus when compared with the one without coating treatment. As for the impact of various amounts of Ni coating, it is demonstrated that the interfacial bonding can be enhanced up to 87.65%, 92.67%, 111.27% and 145.34% with the percentage of Ni coating was 25%, 50%, 75%, 100%, respectively. In terms of the mechanical property, the various percentage of Ni has little impact on Young’s modulus while the value of tensile strength falls slightly, from 58.94 GPa to 51.88 GPa.     

Characterisation of steel/nickel bronze clad strips prepared by continuous solid/liquid bonding method

A continuous solid/liquid bonding method was successfully developed to fabricate Cu–10wt-%Ni–1wt-%Fe (nickel bronze) clad steel with a good metallurgical bonding in the present study. The results indicated that the diffusion distance of interface is about 1.90–2.18?µm. The average tensile shear strength of centre composite strip at as-cast state is 228?±?5?MPa, while that of edge is 202?±?6?MPa, and the interface strength is higher than that of bronze since the fracture always occurs on the nickel bronze side. After the rolling process, the tensile shear strength increases with the increasing rolling reduction. The reason can be ascribed to the strengthening of the nickel bronze whose strength is still lower than the interface.     

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。     

Mechanical properties of sintered Ag–Cu die-attach nanopaste for application on SiC device

In this work, mechanical properties of Ag–Cu nanopaste that formulated by mixing Ag and Cu nanoparticles with organic compounds have been reported. Various weight percents of Cu nanoparticles (20–80 wt%) had been loaded in the nanopaste, in which an increasing trend for hardness, stiffness and Young’s modulus were recorded with the increment of Cu loading. When the nanopaste was used to bond two pieces of Cu substrates, a declining of bonding strength has been recorded with an increasing of Cu loading. For metallization studies, Ag and Au coatings on Cu substrate have displayed the highest (52.6 MPa) and the lowest (34.4 MPa) bonding strength, respectively. The values of bonding strength were found to have a close relationship with the interface microstructure between the nanopaste and metallization layer on the substrate. Finally, the nanopaste was used to attach a SiC die on a substrate with either Ag or Au coating. The entire bonding structure has undergone a thermal aging test, whereby the thermal-aged microstructure was in agreement with the microstructure of metallization studies.     

纳米铜润滑油添加剂的摩擦学特性及其自修复机理

为了评价纳米铜添加剂对摩擦副的减摩和自修复性能,采用液相化学还原法合成了二烷基二硫代磷酸(HDDP)修饰纳米铜微粒,利用四球摩擦磨损试验机分析了不同载荷条件下纳米铜添加量对摩擦系数、磨斑直径等摩擦学性能影响,采用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨痕形貌及其化学成分组成,并通过纳米压痕测试技术测量铜膜硬度及弹性模量。结果表明:纳米铜添加量为0.4%(质量分数)时减摩效果最佳,磨斑直径和摩擦系数明显下降,比未添加纳米铜的降低了23.0%~27.2%和15.1%~24.9%。摩擦过程中纳米铜微粒在摩擦表面形成化学沉积膜,铜膜的纳米硬度为1.63 GPa,弹性模量为78.08 GPa,表现出优良的抗磨减摩性能。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。