热浸镀铝/微弧氧化处理20钢工艺方法及性能研究

为提高装备部件用20钢基体表面耐磨性和耐腐蚀性,表面经热浸镀铝处理后,分别采用浸入式和喷淋式2种微弧氧化方式制备陶瓷层,并分别采用覆层测厚仪、X射线残余应力分析仪、材料表面性能测试仪和电化学工作站对表面处理涂层厚度、残余应力、临界载荷、摩擦磨损和电化学腐蚀性能进行测定。结果表明:浸入式和喷淋式陶瓷层颜色呈灰色,且表面平整度接近,其中浸入式陶瓷层表面和颜色更均匀,呈浅灰色;与铝镀层相比,浸入式和喷淋式陶瓷层的残余应力分别降低了18%、38%,临界载荷分别提高了1. 6、1. 8倍,浸入式陶瓷层的平均摩擦因数和磨损量小,其耐磨性优于喷淋式,2种陶瓷层的耐腐蚀性能提高,但仍差于20钢基体。     

军用装备镁合金表面微弧氧化层SEM微观形貌及耐蚀性分析

利用微弧氧化技术的恒电流方式,在含有Na：SiO,和KF等电解质的溶液中制备了AZ91D镁合金微弧氧化层,通过扫描电镜观察分析及Cu加速盐雾腐蚀试验,研究了电解液中Na：SiO,和KF质量浓度对微弧氧化层结构及耐蚀性的影响。结果表明：在相同反应条件下,微弧氧化层厚度和表面粗糙度随Na：SiO,和KF质量浓度的增加而增加,微弧氧化层的耐蚀性取决于其表面粗糙度和厚度,粗糙度小、具有一定厚度的致密微弧氧化层耐蚀性好。     

非均匀形核法制备Cu包覆纳米SiO2复合粉体

采用非均匀形核法制备了Cu包覆纳米SiO2复合颗粒,利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及透射电镜等分析手段对复合颗粒进行了表征,并探讨了包覆结构的形成机制。结果表明:复合颗粒分散均匀,无团聚,单颗粒内包含多个分布均匀的纳米SiO2颗粒,且均被Cu包覆层隔离,纳米SiO2颗粒的分散性得到了显著改善;新制备的复合颗粒不存在氧化,在存放或者制样过程中会部分氧化为Cu2O;纳米SiO2颗粒表面Cu包覆层的形成机制主要是非均匀形核作用,包覆的结构取决于 Cu晶粒在纳米SiO2颗粒表面的沉积以及对复合颗粒的团聚控制。     

铝合金表面微弧氧化技术研究与应用进展

铝合金表面微弧氧化技术具有工艺简单、适用范围广、节能环保等优点,其氧化陶瓷膜具有阳极氧化膜和陶瓷喷涂层的双重优点,能够克服铝合金硬度低、耐磨性能差的缺点,在军工、机械、电子、航空、航天等诸多领域具有广阔的应用前景.简要介绍了铝合金表面微弧氧化技术的发展历程,分析了铝合金微弧氧化陶瓷膜性能、生长机理及技术工艺的最新研究进展,指出了该技术实际应用中尚待解决的问题,并提出了该技术的发展趋势.     

活塞环表面CrTiAlN复合涂层的抗高温腐蚀性能研究

采用多弧离子镀技术,利用Cr靶和TiAl靶,在活塞环材料65 Mn钢基体上制备了CrTiAlN复合涂层,并对电镀Cr、CrN和CrTiAlN复合涂层在800℃下的抗高温腐蚀性能进行了比较分析,用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪观察分析了样品表面高温腐蚀氧化膜。结果表明:CrTiAlN复合涂层具有优异的抗高温腐蚀性能,在800℃时仍具有良好的抗高温腐蚀性能,其氧化机理是O向涂层内部扩散氧化,在高温腐蚀过程中,CrTiAlN涂层中的Cr发生了选择性氧化,优先形成了Cr2O3,CrTiAlN涂层氧化层区域的结构由外至里组成顺序为Cr2O3、Al2O3+TiO2、(Cr,Ti,Al)N。涂层外层的Cr2O3氧化物有利于阻碍氧元素向涂层内部扩散,能够降低涂层的高温腐蚀速度。     

疏水性纳米TiO2制备及其在菜籽油中的摩擦磨损性能

以纳米TiO2为原料、硬脂酸为表面改性剂,通过超声反应制备了疏水性纳米TiO2（SA-TiO2）;采用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪及接触角测量仪对其微结构进行了表征。以SA-TiO2为润滑油添加剂,在四球试验机上考察了其在菜籽油中的摩擦磨损性能,并利用SEM观察钢球表面磨斑形貌,用能谱仪（EDS）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了钢球表面磨斑的化学成分。结果表明：SA-TiO2为疏水性单分散球状颗粒,其平均直径约为20 nm;SA-TiO2能够提高菜籽油的抗磨减摩性能,当SA-TiO2的质量分数为1%,菜籽油的抗磨减摩性能达到最佳;钢球表面磨斑的EDS和XPS分析表明,纳米微粒在钢球摩擦表面形成了一层含菜籽油和SA-TiO2的吸附膜,在摩擦剪切作用下,发生摩擦化学反应生成了一层含钛、铁氧化物的边界润滑膜,这种边界润滑膜起到了良好的润滑作用。     

一种新型甲醛气体清除材料的实验研究

采用溶胶-凝胶法将纳米TiO2负载在活性碳纤维上,制备出一种新型甲醛气体清除材料。在制备中依次掺杂Fe3+和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米TiO2进行改性,研究了纳米TiO2光催化活性的变化,并测试了自制材料的甲醛清除效率。结果表明:Fe3+和SDBS的添加不会改变纳米TiO2的晶型结构,但有利于晶粒的成长和负载膜的光催化活性;添加体积分数分别为0.8%的Fe3+和3%的SDBS时,材料的甲醛清除效率最高。     

SiO_2在SHS铝热-重力分离法制备陶瓷内衬复合钢管中的作用

采用自蔓延铝热-重力分离法,制备了陶瓷内衬复合钢管,并系统研究了SiO_2添加剂对SHS燃烧过程、陶瓷层相对密度与组织结构、复合钢管力学性能的影响。经研究发现,SiO_2在铝热燃烧过程中作为稀释剂存在,随着SiO_2添加量增多,燃烧温度与蔓延速率下降,并使分布于α-Al_2O_3枝晶晶界处的亚稳定相FeO·Al_2O_3增多;陶瓷相对密度与复合钢管抗压溃强度在SiO_2含量为2wt％时出现极大值(分别为92.5％与430MPa);陶瓷硬度、断裂韧性与复合钢管抗压剪强度随SiO_2含量增加而降低。     

氧化层增厚对涡轮导叶热障涂层残余应力的影响

为了获得氧化层增厚对热障涂层残余应力的影响规律,在前期采用热流耦合方法研究热障涂层温度场的基础上,考虑温度相关的热障涂层各层材料特性,分析了多循环、氧化层(TGO)热生长以及蠕变累积作用下涂层的残余应力。结果表明:经过50个热循环后,氧化层厚度在叶片尾部高温区域最大;当TGO厚度大于2μm时,TGO厚度越大,陶瓷面层内靠近界面附近的最大主应力增量越大,易导致陶瓷面层在界面附近出现断裂失效。TGO热生长还造成靠近氧化层/粘结层的界面区域内粘结层的Mises等效应力增大,致使粘结层再次进入塑性屈服的可能性增大;TGO热生长对导叶合金材料应力分布的影响可以忽略。     

基于仪器化压入技术的结构陶瓷材料断裂韧性测试

利用自主研制的仪器化压入仪,采用Vickers压头对氮化硅和氧化锆2种结构陶瓷进行了仪器化压入试验,通过压入载荷-深度曲线可识别材料的弹性模量E,通过测量压痕对角线直径可确定材料的维氏硬度HV,再通过测量压痕裂纹扩展长度即可得到材料的断裂韧性KIC,实现了在单一压入仪上基于Vickers压头对结构陶瓷材料断裂韧性的测试。与传统压痕法利用硬度计或纳米压入仪测试陶瓷材料断裂韧性相比,试验更简单快捷,可靠性高,同时测得信息量也更为丰富。试验测得2种结构陶瓷的断裂韧性分别为4.77～5.82 MPa.m1/2和7.22～8.94 MPa.m1/2。     

Zn-Al—Mg-RE高速电弧喷涂工艺过程的氧化行为分析

为分析高速电弧喷涂工艺制备Zn-Al-Mg-RE防腐涂层的氧化行为,通过XRD、SEM和EDS试验探究了喷涂工艺对该涂层氧化物的组成、含量及其形态的影响规律,并测试了涂层的中性盐雾腐蚀性能。结果发现：该涂层具有典型的层状结构特征,在相互叠加的扁平颗粒之间有很薄的氧化物膜,同时在扁平颗粒的内部也非均匀地分布着富氧化物区,XRD显示这些氧化物主要为ZnO2和尖晶石结构的ZnAl2O4与MgAl2O4等。分析认为：喷涂时液态金属熔滴在高速气流剪切力作用和反应热梯度作用下,加剧了Zn-Al-Mg-RE熔滴的氧化,这些交错分布的氧化物对合金相产生了较好的屏蔽效果,从而提高了涂层的耐蚀性能。     

H2O2对镁合金稀土转化膜性能的影响

选择AZ91D镁合金为实验材料,利用扫描电镜和能谱分析、Tafel曲线和阻抗谱等分析手段,研究了H2O2的添加量对铈转化膜的微观形貌以及耐蚀性能的影响。结果表明：随H2O2添加量的增多,转化膜表面状态越不均匀,自腐蚀电位降低,转化膜电阻Rf变小,较为合适的H2O2添加量为5 mL/L。     

TA2-B10管不同电偶腐蚀防护方式对B10管腐蚀特性的影响

为研究TA2-B10合金管在不同电偶腐蚀防护方式下对B10管腐蚀特性的影响,在青岛小麦岛海水试验场设置TA2-B10管直接连接、电绝缘连接、电绝缘＋涂层连接三组不同电偶腐蚀防护方式对照管道,依次进行1m/s、3m/s、4m/s流动海水与浸泡交替腐蚀试验。对试验后的三组B10管道线切割,通过管道内表面电位分布试验分析不同电偶腐蚀防护方式下B10管道的腐蚀类型;采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱和微观表征,分析不同电偶腐蚀防护方式下距离法兰接头250mm处B10管试样的腐蚀特性。结果表明,直接连接TA2-B10管处于电偶腐蚀状态,B10端内电位正移腐蚀加速,电绝缘连接和绝缘＋涂层连接TA2-B10管均处于自腐蚀状态,但电绝缘＋涂层连接具有更好的绝缘效果;电绝缘＋涂层连接防护下的B10试样,腐蚀电流密度最小,自腐蚀电位最负;三组B10试样阻抗谱均呈现单容抗弧特征,电绝缘＋涂层连接防护下的B10试样具有更大的传递电阻和膜层电阻;电绝缘＋涂层连接能有效减缓点蚀、坑蚀和晶间腐蚀三种腐蚀倾向。以上结果综合说明,绝缘＋涂层防护方式具有更好的电偶腐蚀防护效果。     

军用装备镁合金表面防腐蚀技术研究

军用装备中镁及其镁合金构件可以大幅度降低武器装备重量,实现装备轻量化。通过先进的热喷涂、有机或高分子涂层、阳极氧化和等离子微弧阳极氧化、化学转化膜、沉积技术、离子注入技术、激光处理等表面工程技术对镁合金部件进行腐蚀防护。因此加强镁合金耐蚀、耐磨性能研究,对于推动镁合金作为结构材料的应用并充分发挥其性能优势具有重要意义。     

陶瓷/金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷/金属梯度热障涂层的性能,设计了4种涂层方案和2种基体材料(1Cr18Ni9Ti和2Cr13).利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层.通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能.利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析,利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图.热震试验表明,梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能.采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量,结果表明,压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上,而拉应力出现在2Cr13基体材料上.     

基片方向对多弧离子镀ZrN涂层性能的影响

采用多弧离子镀在304不锈钢基体表面沉积ZrN涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压入仪、电化学分析仪等，比较了基片方向对涂层结构、形貌、成分、沉积速率、硬度以及耐腐蚀性的影响。结果表明：基片方向不同会引起晶体择优取向的改变；垂直于靶材的样品表面大颗粒相对较少，但沉积速率只有平行样品的40％-50％；在负偏压条件下，平行于靶材的样品涂层硬度更高，而垂直样品获得更好的耐腐蚀性。     

基于等效电路和点电流源的潜艇水下腐蚀电场估算

为了对潜艇涂层破损状态的水下腐蚀电场进行快速评估,基于电化学腐蚀原理和潜艇结构特点,建立潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流等效电路,对潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流强度进行估算,并基于点电流源对潜艇腐蚀电场建模,将潜艇涂层破损部位和裸露螺旋桨等效为点电流源,利用点电流源在分层介质中的电场计算公式对潜艇涂层破损时的腐蚀稳恒电场进行估算。与某型潜艇腐蚀电场商业有限元软件COMSOL仿真结果对比表明：该估算方法得到的潜艇表面腐蚀电流和不同路径电场分布曲线规律与COMSOL仿真结果基本一致,电流估算值相对误差不超过6.5%,电场各分量峰峰值相对误差不超过18%。     

Pitting corrosion resistance and bond strength of stainless steel overlay by friction surfacing on high strength low alloy steel

Surface modification is essential for improving the service properties of components. Cladding is one of the most widely employed methods of surface modification. Friction surfacing is a candidate process for depositing the corrosion resistant coatings. Being a solid state process, it offers several advantages over conventional fusion based surfacing process. The aim of this work is to identify the relationship between the input variables and the process response and develop the predictive models that can be used in the design of new friction surfacing applications. In the current work, austenitic stainless steel AISI 304 was friction surfaced on high strength low alloy steel substrate. Friction surfacing parameters,such as mechtrode rotational speed, feed rate of substrate and axial force on mechtrode, play a major role in determining the pitting corrosion resistance and bond strength of friction surfaced coatings. Friction surfaced coating and base metal were tested for pitting corrosion by potentiodynamic polarization technique. Coating microstructure was characterized using optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Coatings in the as deposited condition exhibited strain-induced martensite in austenitic matrix. Pitting resistance of surfaced coatings was found to be much lower than that of mechtrode material and superior to that of substrate. A central composite design with three factors(mechtrode rotational speed, substrate traverse speed, axial load on mechtrode) and five levels was chosen to minimize the number of experimental conditions. Response surface methodology was used to develop the model. In the present work, an attempt has been made to develop a mathematical model to predict the pitting corrosion resistance and bond strength by incorporating the friction surfacing process parameters.