HVAF喷涂纳米结构Ni基涂层组织及磨损性能研究

利用AC-HAVF喷涂技术制备了纳米结构Ni基涂层,对涂层微观结构以及磨损性能进行研究。结果表明:涂层主要由γ-Ni固溶体以及FeNi3、Ni3B、CrB2、Cr26C3和Cr7C3等化合物组成,涂层主要由50～70 nm的纳米粒子组成,部分粒子达到20～30 nm;涂层与基体结合很好,孔隙率低,约为2.37%;涂层具有较好的耐磨性,涂层磨损以疲劳磨损为主。     

TiB2含量对TiBx/Ti合金涂层组织及摩擦学性能的影响

目的 在Ti-47Zr-5Al-3V(以下简称T47Z)表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,以提高合金的摩擦学性能。方法 采用等离子弧熔覆技术在T47Z合金表面熔覆不同配比的(TiB2+Ti)粉末,制备TiBx陶瓷相增强钛合金复合涂层,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度显微计和UMT-2摩擦磨损试验机对涂层微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行测试研究。结果 涂层厚度约2 mm,无裂纹、气孔等缺陷,涂层的基体组织为α相,针状、棒状的TiB增强相和颗粒状的TiB2增强相均匀分布于α相中。随着TiB2含量的增加,涂层基体组织无明显变化,增强相的数量增加,尺寸逐渐变大。涂层的表面硬度最高可达893.4HV0.2,约为基体的2.07倍。涂层的耐磨性相较基体均获得不同程度的提升,当TiB2的质量分数为40%时,涂层的耐磨性提升最为显著,相较基体提高了53.7%。T47Z合金的磨损机理为严重的黏着磨损和磨粒磨损。TiB2的质量分数为10%的涂层,其磨损机理以黏着磨损为主,磨粒磨损为辅。随着TiB2含量的增加,涂层的磨损机制逐渐转向磨粒磨损。结论 通过控制粉体中TiB2的含量,能够利用等离子弧熔覆技术在钛合金表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,尤其当TiB2的质量分数为40%时,涂层的硬度及耐磨性能均获得大幅度提升。因此,运用等离子熔覆技术制备陶瓷相增强金属基复合涂层可切实有效地提高钛合金的硬度及耐磨性能。     

亚微米SiCp含量对SiCp/Cu基复合材料性能的影响

以亚微米级(130nm)碳化硅颗粒(SiCp)和微米级(10μm)Cu粉为原料，采用冷压烧结和热挤压方法制备出SiCp／Cu基复合材料，研究其SiCp含量对SiCp／Cu基复合材料电学、力学和摩擦学性能的影响。结果表明：当SiCp体积含量从0．5％增高到5．0％时，电导率从96．2％IACS下降到87．4％IACS，维氏硬度从64．8MPa增高到87．8MPa，抗拉强度从213．3MPa增大到217．3MPa，伸长率从41．5％下降到8．6％；SiCp／Cu基复合材料具有优良的摩擦学性能，0．5％SiCp／Cu基复合材料和5．0％SiCp／Cu基复合材料的磨损质量损失在载荷为300～1200N时分别仅是工业供应态T3铜的1／4．07～1／1．13和1／14．25～1／2．10，亚表层疲劳裂纹引发的疲劳磨损是SiCp／Cu基复合材料的磨损机理之一，磨损表面和亚表面没有明显的来自对磨钢的Fe元素。     

纳米结构NiCrFeBSi喷涂涂层组织及磨损性能

利用AC–HAVF喷涂技术制备了纳米结构NiCrFeBSi涂层,对涂层微观结构及磨损性能进行研究。结果表明:涂层主要由γ–Ni固溶体以及FeNi3,Ni3B等化合物组成,涂层颗粒主要由80～100 nm的纳米粒子组成,部分粒子达到20～30 nm;涂层与基体结合很好,孔隙率低,约为3.25%;涂层具有较好的耐磨性,磨损失重约为基体的1/2,较基体有一定程度的提高;涂层磨损以疲劳磨损为主。     

Al/Si比例对TC4合金表面激光熔覆Ti-Al-Si涂层组织与摩擦性能的影响

以不同Al/Si比例的Ti-Al-Si复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备Ti-Al-Si涂层,研究了Al/Si比例对涂层物相、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明,单道熔覆的涂层中没有发现明显的裂纹及气孔,涂层与基体之间呈现良好的冶金结合.不同Al/Si比例涂层中组织均以熔断的枝晶为主,枝...     

磁控溅射制备TiWN/MOS2薄膜及其微观结构和摩擦学性能研究

采用磁控溅射方法在40Gr不锈钢基体上,沉积了TiN及TiWN单层薄膜、TiN/MoS2及TiWN/MoS2双层薄膜,对比分析了薄膜的成分、相结构、微观形貌及摩擦学性能.结果表明:根据W含量的不同,TiWN薄膜中,Ti0.67W0.33N膜层具有较高的硬度和弹性模量;TiWN/MoS2薄膜中,TiWN层主要含有TiN和...     

Ni60/铝青铜喷涂后定向凝固涂层的微观结构与耐磨性

目的为有效提高涂层的耐磨性能,提出制备定向结构复合涂层,通过评估其性能及结构特征,探索定向结构在涂层制备中的应用。方法以Ni60/铝青铜为研究对象,采用感应重熔+强制冷却技术对预制涂层进行处理,制备定向凝固复合涂层。借助销盘式摩擦试验机、OM、SEM、XRD、显微硬度计对其摩擦学行为、微观组织形貌、显微硬度进行表征研究。结果摩擦磨损试验表明,相对于预制涂层,在载荷分别为50、100、150 N时,重熔涂层的体积磨损率分别降低了85%、80%、82%,而定向凝固涂层的体积磨损率分别降低了93%、84%、86%,定向凝固涂层具有更好的耐磨性能。微观结构分析表明,重熔涂层和定向凝固涂层与基体均形成了牢固的冶金结合,而定向凝固涂层组织基本控制了晶粒沿着热流方向生长,并形成硬质相包裹枝晶的裹壳结构。定向凝固涂层随载荷的升高,摩擦系数保持稳定。结论通过感应重熔+强制冷却技术制备了定向凝固Ni60/铝青铜复合涂层,其定向结构的形成使涂层具有更加优越的耐磨性能。     

退火对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 通过对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层进行退火处理,使涂层性能得到进一步提高。方法 采用RFL–C1000光纤激光器在45钢表面制备CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层,通过SXL–1200管式电阻炉在不同温度下(600、800、1 000 ℃)对高熵合金涂层进行退火处理,保温时间为2 h,冷却方式为随炉冷却。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等对熔覆层的微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果 CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层由FCC相和μ相(Fe7W6)组成,经过不同温度退火处理后,涂层未析出新的相,μ相衍射峰强度呈先减小后增大的趋势;涂层组织经高温退火(800 ℃、1 000 ℃,2 h)后发生了明显的改变,经800 ℃/2 h退火处理后,枝晶间析出了大量μ相沉淀,经1 000 ℃/2 h退火处理后晶界开始出现断裂分解,晶粒内部和晶界部位析出了大量的富W颗粒相(μ 相)。经1 000 ℃/2 h退火处理后,熔覆层具有较高的平均显微硬度,为475.68HV0.3,相较于未经退火处理的熔覆层,其硬度提高了约45%;经600 ℃/2 h退火处理后,涂层的平均摩擦因数最低,约为0.226,磨损量最小,与未经退火处理的涂层相比,其磨损量降低了约28%。退火温度的升高并未使磨损机制发生明显改变,主要为磨粒磨损。结论 高温退火处理可以促进μ相的生成;经退火后,CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层的硬度得到显著提高,改善了涂层的摩擦磨损性能,强化机制为固溶强化和第二相强化。     

CrN和CrAlN涂层热稳定性、力学和摩擦学性能研究

目的 针对现有刀具用硬质CrN及CrAlN涂层的热稳定性研究尚属空白,以及对其涂层摩擦学性能的影响尚不清楚等问题,开展CrN和CrAlN涂层的热稳定性、氧化行为、力学性能及摩擦磨损性能研究。方法 采用中频反应磁控溅射技术制备CrN和CrAlN涂层,利用真空热脱附系统、场发射扫描电镜、原子力显微镜、能谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等探究2种涂层的结构、热稳定性、力学性能和摩擦学性能。结果 在真空温度为646 ℃左右时,CrN涂层开始发生N分解和释放,在885 ℃左右时N的释放速率达到峰值。CrAlN涂层在真空温度为722 ℃左右时才开始发生N分解和释放,而在1 000 ℃下N的释放速率并未达到峰值。在大气温度600 ℃下,CrN涂层开始发生氧化,并生成Cr2O3相,且Cr2O3层的厚度随着温度的升高而增加,在900 ℃时涂层完全氧化。CrAlN涂层在900 ℃时才开始发生氧化,生成更为致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,阻止涂层进一步氧化。在大气高温条件下,CrAlN涂层均具有比CrN涂层更高的硬度和弹性模量。随着温度的升高,2种涂层的表面粗糙度逐渐增加,摩擦因数逐渐降低,CrAlN涂层在600、800 ℃下的表面粗糙度和磨损率均低于CrN涂层。结论 在真空下,CrAlN涂层中键能较高的Al-N共价键改善了涂层的热稳定性,提高了CrAlN涂层中N的分解温度。在大气中,CrAlN涂层具有比CrN涂层更高的抗氧化性、硬度和弹性模量,CrAlN涂层在高温氧化过程中生成了连续且致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,能够减缓O原子向涂层内部的扩散。CrAlN涂层具有比CrN涂层更优异的耐磨性,更适合作为高温工况下服役的刀具和模具等易磨损材料的防护涂层。     

等离子喷涂WC颗粒增强Ni基涂层组织及抗冲蚀性能

采用等离子喷涂工艺制备WC颗粒增强Ni基涂层,分析了涂层的显微组织,并对其抗冲蚀磨损性能进行了测试。结果表明,涂层呈层片状结构,有一定孔隙,WC颗粒在涂层中分布均匀,且与母相结合良好。随着冲蚀角度的增大,涂层冲蚀磨损质量损失先增大后减小,表现为塑性-脆性复合冲蚀磨损特征。     

复合制备Ni基合金涂层的组织结构及性能演变特征

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢基体上制备Ni60合金涂层,对预制的涂层分别进行高频感应重熔和感应重熔+强制冷却处理。借助OM、SEM、XRD、显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机对3种涂层的组织结构、显微硬度分布及摩擦磨损性能进行分析,研究Ni60合金涂层组织结构及其性能的演变特征。结果表明:3种涂层组织结构差异较大,单纯感应重熔涂层使喷涂涂层组织结构细密化,感应重熔+强制冷却的涂层形成了外延型生长的定向晶结构。喷涂涂层硬度自内向外呈明显下降趋势,而后续处理的2种涂层均表现为自内向外略为增加趋势,导致喷涂涂层尽管有较高的平均硬度,但表层硬度低于其他2种涂层。3种涂层均有很好的耐磨性能,但后续处理使涂层的摩擦系数明显增大,耐磨性能显著增强,尤其附加强制冷却的涂层表现出更加优异的耐磨性能,其平均磨损率分别低于喷涂涂层约8.5倍和单纯感应重熔涂层约2倍。     

石墨含量对石墨/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能的影响

为了降低TiC/镍基合金复合涂层的摩擦因数并增强其耐磨性能,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备石墨/TiC/镍基合金（GTN）复合涂层。研究石墨含量对GTN涂层组织和摩擦学性能的影响。结果表明,石墨的加入有效地降低了涂层的摩擦因数,提高了其耐磨性。6.56GTN涂层和12.71GTN涂层分别在低载荷与高载荷摩擦条件下呈现出优异的减摩耐磨性能。在低载荷条件下,GTN涂层的磨损机理主要表现为多次塑变磨损,伴有轻微的磨粒磨损,且随着石墨含量的增加逐渐转变为多次塑变、层脱和微切削磨损;在载荷增加后,脆性断裂、微观切削和粘着为其主要的磨损机理,且随着石墨含量的增加逐渐转变为微观切削和脆性剥落。     

TiC含量对TC4合金激光熔覆层组织和性能的影响

采用激光熔覆工艺在TC4钛合金基体表面制备了添加不同质量分数(0%、2%、4%、6%)TiC的Ni60A复合熔覆层,通过光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、摩擦磨损机分析了不同TiC含量对熔覆层组织及性能的影响。结果表明:未添加TiC的熔覆层组织以树枝晶为主,添加TiC后出现了花瓣状物相;XRD分析发现熔覆层中出现了AlCCr₂、Al_0.24B_0.01Ni_0.75等硬质增强相,这些能够显著提高熔覆层的硬度。显微硬度及摩擦磨损试验结果表明,添加TiC的熔覆层平均硬度均较基体硬度有大幅提高,摩擦因数显著降低,且随TiC含量的增加,熔覆层硬度先增加后降低,摩擦因数先降低后增加,4%TiC熔覆层的硬度最大,相比基体提高了213.3%,摩擦因数最小,为0.309 774。     

离焦量对MoS2改性Fe-Cr-Mo-Si合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在40Cr钢基材上制备了MoS₂改性的Fe-Cr-Mo-Si合金复合涂层,研究了离焦量对复合涂层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及耐摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着离焦量的增大,复合涂层表面越光滑平整,复合涂层与基材间冶金结合越好;复合涂层上部为细小的等轴晶,中部为树枝晶,底部为垂直熔合线生长的柱状晶及平面晶,等轴晶晶粒尺寸随离焦量增大而减小;随着离焦量的增大,复合涂层硬度值随之增大,离焦量为2 mm时复合涂层上部显微硬度值最高,达696.1 HV0.5,约为基材(230.6 HV0.5)硬度的3倍;在相同磨损工况下,复合涂层平均摩擦因数及磨损量随离焦量增大而减小,在离焦量为2 mm时具有最小磨损量0.010 g,仅为Fe基涂层磨损量的21.7%;复合涂层磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,随着离焦量的增大,复合涂层表面磨损程度越小,耐磨性能越好。     

Cu含量及T6处理对电力金具用铝合金组织性能的影响

探究了Cu含量与时效工艺对Al-Cu-Mg-Si系合金显微组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。研究表明,随Cu含量的增加,铸态铝合金中Al₂Cu相数量增加、尺寸不断增大,形貌由点状转为粗网状,铸态铝合金的强度也随之提升,耐蚀性能下降。在180 ℃×(4~28) h时效区间内,整体上合金硬度先上升后下降,0.5%Cu、1.5%Cu合金在8 h时达到峰值,2.5%Cu合金在12 h时达到峰值。530 ℃固溶+180 ℃×8 h时效后,铝合金中析出Al₂Cu相,随着Cu含量的增加,Al₂Cu相的含量增加,硬度显著上升,2.5%Cu含量的合金抗拉强度达到最大值325.0 MPa,屈服强度达到258.8 MPa,伸长率为4.5%,其强度与传统的电力金具用铸铁相当。     

Ni基合金基体激光熔覆Co基合金涂层的微观组织与性能

利用CO2激光热源在Inconel 600镍基合金基体上熔覆制备了纳米稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金涂层,并对涂层的组织及性能进行了分析。结果表明,Co基合金激光熔覆涂层由界面熔合区、柱状枝晶区及熔覆金属中心胞状区3个区域构成。稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金复合涂层距离表面2 mm左右显微硬度最高,为938.9 HV,而Inconel 600基体显微硬度只有362.0 HV。钴基合金涂层的耐磨性也大大高于基体组织,磨损40 min时磨损量为0.7 mg,只有基体组织的2.73%。     

具有长周期结构的Mg–Gd–Zn–Zr合金的微结构和摩擦学行为

利用传统的熔铸法制备Mg-14.28Gd-2.44Zn-0.54Zr合金,研究铸态和固溶态合金的微结构。利用销-盘装置研究铸态和固溶态合金的室温润滑滑动摩擦磨损行为研究。在外载荷为40 N,滑动速度为30-300 mm/s以及滑行路程为5000 m情况下,测量磨损率和摩擦因数。研究结果表明：铸态合金主要由α-Mg固溶体、分布在基体内的层片状的14H型长周期结构（LPSO）和β-[（Mg,Zn）3Gd]相组成。经过温度为773 K固溶处理35 h后,大量的β相转变成具有14H型X相LPSO结构。由于固溶处理后大量β相转变为热稳定的韧性X-Mg12Gd Zn长周期结构相,固溶合金呈现较低的抗磨损能力。     

Monel合金表面激光熔覆镍基合金的组织及摩擦磨损性能

利用激光熔覆技术在Monel 400合金表面制备了镍基合金改性层.采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及销一盘磨损试验机对镍基合金改性层的组织形貌、成分、结构、硬度及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,Monel合金表面镍基合金改性层的组织主要由γ-Ni固溶体、多元共晶体及一些初生沉淀相组成.选择优化的激光辐照工艺进行激光熔覆处理,可获得性能优异的镍基合金改性层,与Monel 400合金基材相比,镍基合金激光改性层的显微硬度是基体的7倍,摩擦系数明显降低,相对耐磨性提高了8.6倍.     

Effects of Cu addition on microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-6Zn magnesium alloy

The application of Mg-Zn binary alloys is restricted due to their developed dendritic microstructure and poor mechanical properties. In this study, an alloying method was used to improve the mechanical properties of Mg-Zn alloy. The Mg-6Zn magnesium alloys microalloyed with varying Cu content(0, 0.8, 1.5, 2.0 and 2.5wt.%) were fabricated by permanent mould casting, and the effects of Cu content on the microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-6Zn alloys were studied using OM, SEM, XRD and tensile tests at room temperature. The obtained results show that the addition of Cu not only can refine the grains effectively, but also can modify the eutectic morphology and improve the mechanical properties of the alloys. The main phases of the studied alloys include α-Mg, MgZn_2, Mg_2Cu and CuMgZn. When the content of Cu exceeds 0.8wt.%, Mg_2Cu phase appears. Meanwhile, the eutectic morphology is modified into dendritic shape or lamellar structure, which has an adverse effect on the tensile properties. Furthermore, among the investigated alloys, the alloy containing 0.8% Cu shows an optimalultimate tensile strength of 196 MPa, while the alloy with 1.5wt.% Cu obtains an excellent elongation of 7.22%. The experimental alloys under different Cu contents show distinguishing fracture behaviors: the fracture of the alloy with 0.8wt.% Cu reveals a mixed mode of inter-granular and quasi-cleavage, while in other investigated alloys, the fracture behaviors are dominated by cleavage fracture.     

Er对Al-Zn-Mg合金微观组织与摩擦性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)和材料表面综合测试仪研究了Er对Al-Zn-Mg合金微观组织和力学性能的影响,并研究其在不同载荷下的摩擦磨损行为。结果表明,添加Er后合金伸长率提高约30%,晶粒尺寸明显细化,平均晶粒尺寸减小约68%。合金在摩擦过程中经历了摩擦副磨合和稳定磨损两个阶段,随着载荷的增大,摩擦因数曲线波动增大。O在摩擦层大量富集,证明了氧化磨损机制的存在。加载载荷为30 N时为磨粒磨损、疲劳磨损以及粘着磨损混合作用机制;加载载荷为70 N时磨粒磨损加剧并伴随疲劳磨损,且添加Er可以降低合金表面的剥落趋势,从而减少磨损。