基于高速电弧喷涂的材料制备与成形一体化技术

材料制备与成形一体化技术是装备再制造关键技术之一。对于一些难以合成及加工成形的材料,采用高速电弧喷涂粉芯丝材的方法,通过喷涂弧区的快速、动态冶金过程,同步实现新材料的合成与成形,即在再制造快速成形过程中实现新材料的合成与制备。这一技术一方面可通过新材料设计,制备出赋予零件防腐蚀、耐磨损、耐高温等性能的涂层体系,另一方面它突破了热喷涂技术只能制备薄涂层传统观念,在开展制造零件用的快速成形材料方面也具有良好的研究空间。基于高速电弧喷涂的材料制备与成形一体化技术在舰船钢结构长效防腐、电站锅炉管道防护、装备零件成形制造与再制造等领域具有良好的应用前景。     

一种新型内孔热喷涂技术及涂层性能研究

介绍了一种新型的内孔热喷涂技术———离心雾化等离子喷涂技术,并阐述了该技术的工作原理和工作过程。通过试验制取了3Cr13涂层和铝涂层,使用扫描电镜、能谱仪和光学显微镜等仪器设备对2种涂层的表面和截面进行观察分析,结果表明,通过该技术制取的涂层具有和传统电弧喷涂层类似的组织结构,并具有氧化物含量低,喷涂粒子大等特点。     

抗磨添加剂与电弧喷涂耐磨涂层间的协同效应

研究了2种φ2mm粉芯丝材电弧喷涂Fe-Cr-Ni涂层和7Crl3涂层以及与2种典型润滑油抗磨添加剂的协同效应,并借助X光电子能谱(XPS)研究了其协同作用机理.结果表明DBP和ZDDP润滑油抗磨添加剂能明显地改善电弧喷涂Fe-Cr-Ni涂层和7Cr13涂层的抗磨性.添加剂DBP能显著地降低2种电弧喷涂涂层/GCr15摩擦副的摩擦系数,但ZDDP抗磨添加u剂的减摩效果不太显著.在含DBP和ZDDP添加剂油润滑条件下,涂层磨痕表面形成了摩擦化学反应膜.     

自反应电弧喷涂复相陶瓷涂层工艺研究

以Ti-B4C-C为粉芯、金属Al为外皮材料制备了粉芯丝材,利用自反应电弧喷涂技术在钢基体表面制备了Ti(C,N)-TiB2-Al2O3复相陶瓷涂层.研究了喷涂电压、电流、气压及喷涂距离等工艺参数对涂层的影响,并以涂层孔隙率为评价指标,优化了喷涂工艺.结果表明:对涂层质量影响因素由大到小依次为喷涂距离、气压、电流、电压;优化工艺为喷涂电流120 A、电压36 V、气压0.7 MPa、距离160 mm,在该工艺条件下制备的复合涂层由TiB2、TiC0.3N0.7、TiN、Al2O3、AlN等多相组成,孔隙率约为2.11％,力学性能好.     

FeAlCrNbB金属间化合物复合涂层的制备与表征

研究开发了一种FeAlCrNbB新型喷涂粉芯丝材,并结合自动化高速电弧喷涂工艺制备了该材料的复合涂层,分析了涂层的常规力学性能、组织结构和油润滑条件下的滑动摩擦磨损性能,并和常规FeAl涂层进行了对比。结果显示:FeAlCrNbB涂层具有相对较高的显微硬度和拉伸结合强度、低的孔隙率,组织致密,形成了由Fe-Al金属间化合物相、氧化物以及少量非晶和纳米晶组成的复合结构,由于这种复合结构的材料特征,使涂层具备较好的耐磨损性能。     

有机涂层缓蚀剂的研究

在普通涂料中加入缓蚀剂构成缓蚀涂料,可以大大增强涂料的防蚀能力。本工作针对舰船船底漆铝扮沥青环氧涂层,研究了二种含有氨基、羧基及杂环的有机缓蚀剂,当在普通的船底漆中加入少量缓蚀剂后,不改变原来涂层的物理机械性能,但可显著地提高涂层的耐蚀性能,采用了浸泡试验、盐雾箱试验及交流阻抗测试对涂层的耐蚀性能进行了评价,并采用电化学方法对涂层缓蚀剂的机理作了探讨。     

一种基于离心雾化的新型热喷涂技术

研究开发了一种新型的热喷涂技术——离心雾化转移弧等离子喷涂技术(CAPTAS),阐述了该技术工作原理、设备以及熔融粒子的离心雾化机理。观察了采用该技术所制备的涂层微观组织结构,通过能谱仪对该涂层的成分进行了分析, 并与传统的电弧喷涂涂层进行了比较。结果表明,采用CAPTAS技术制备的涂层具有和传统电弧喷涂涂层类似的扁平化层状结构,但粒子大、变形小、氧化物含量低。     

高速电弧喷涂FeCrBSiMnNbW非晶纳米晶涂层组织及性能

研究开发了一种FeCrBSiMnNbW新型喷涂粉芯丝材,并采用自动化高速电弧喷涂技术在镁合金基体上制备了FecrBsiMnNbw非晶纳米晶涂层。对Fe基非晶纳米晶涂层和传统的3Cr13涂层的组织结构、力学性能以及油润滑条件下的摩擦学性能进行了对比分析,结果表明：与3Cr13涂层相比,铁基非晶纳米晶涂层组织更加致密,孔隙率低,具有相对较高的硬度和拉伸结合强度;形成了非晶相和纳米晶相组成的复合结构,使得涂层具备更好的摩擦学性能。     

复合材料修复损伤钢板抗盐雾腐蚀疲劳实验

复合材料修补舰船钢结构的抗海洋环境能力是衡量修补效果的一个重要指标,选择舰艇应用最迫切的"盐雾腐蚀"作为海洋环境的初步试验,依据GJB150.11-1986《军用设备环境试验方法.盐雾试验》,对边裂纹直条试样进行修补后腐蚀试验;根据GB3075-1982《金属材料.室温疲劳试验方法》对复合材料修补舰船钢结构进行了腐蚀后疲劳试验研究。结果表明:复合材料微波修复舰船结构具有足够抗大气影响能力,完全可以在舰艇结构损伤抢修中推广应用。     

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。     

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%。     

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。     

铁基非晶纳米晶涂层的耐磨性研究

采用基于机器人的自动化高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备了FeCrBSiMnNbY非晶纳米晶涂层。研究了非晶纳米晶涂层在油润滑条件下，不同磨损时间、速度、载荷对涂层的磨损行为。采用扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDAX）和X射线衍射仪（XRD）对涂层的组织结构进行了表征，利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析，摩擦磨损试验在MM200滑块磨损试验机上进行。结果表明：涂层组织均匀，结构致密，主要由非晶相和α-Fe相纳米晶组成；在相同磨损试验条件下，非晶纳米晶涂层的相对耐磨性为3Cr13涂层的4．6倍，磨损机制主要为脆性疲劳剥落。     

高速电弧喷涂耐磨涂层性能研究

将低碳马氏体和3Cr13+AlRE伪合金高速电弧喷涂层进行了性能和组织结构的对比分析。实验结果表明,与伪合金涂层相比,低碳马氏体涂层呈现出更优异的力学性能、耐磨性能和机械加工性能。该涂层可用于发动机曲轴等零件的再制造。     

自动化电弧喷涂路径偏移间距的优化模型

基于电弧喷涂沉积丘的轮廓呈高斯分布的假设,并结合实验结果,建立了电弧喷涂沉积丘轮廓的数学模型,由此推导出了自动化喷涂过程中平行路径偏移间距这一重要参量的优化模型。该模型为合理规划自动化喷涂的路径提供了依据。     

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。     

镁合金表面电弧喷涂Fe基非晶纳米晶涂层的性能

采用自动化高速电弧喷涂技术在镁合金基体上制备了FeCrBSiMoNbW非晶纳米晶涂层。采用Flir A20M型红外热像仪对Fe基非晶纳米晶喷涂层的表面温度场进行了实时监测。对Fe基非晶纳米晶涂层和传统的3Cr13涂层的组织结构、力学性能以及摩擦学性能进行了对比分析。实验结果表明：Fe基非晶纳米晶涂层组织致密,孔隙率低,具有相对较高的硬度和拉伸结合强度;形成了非晶相和纳米晶相组成的复合结构,使得涂层具备较好的耐磨减摩性能。