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。     

TiN基复合涂层硬质合金刀具的力学性能与切削性能研究

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀在YT14硬质合金刀具上沉积了TiN、TiAlN、TiN-MoS2和CrTiAlN复合梯度涂层.利用纳米硬度计、维氏显微硬度计、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪表征了刀具涂层的力学性能和组织结构,并在干式切削条件下, 比较研究了涂层对硬质合金刀具切削性能的影响,得出4种涂层刀具的切削寿命的排序依次为CrTiAlN＞TiN-MoS2＞TiAlN＞TiN;研究结果表明,多元复合涂层刀具在提高切削性能方面效果是显著的.     

Ti含量对(Cr,Ti)N复合涂层组织结构与性能的影响

通过改变Ti靶弧电流,在自行改造的多弧离子镀膜机上制备了不同Ti含量的(Cr,Ti)N复合涂层。研究了不同Ti含量对涂层沉积速率、成分相结构、表面形貌及纳米硬度等性能的影响,对涂层的硬化机理进行了探讨。结果表明:随着Ti含量的增加,复合涂层的沉积速率提高,晶粒尺寸变小,粗糙度降低。涂层的择优取向从(111)晶面逐渐过渡到(220)晶面;其相结构由CrN类型结构转变为TiN和CrN并存的混合相结构,最后转变为TiN类型结构。Ti的加入可显著提高复合涂层的硬度,当Ti在金属元素中的原子数分数为0.62时,复合涂层纳米硬度最高,为35GPa。与CrN涂层相比,CrTiN复合涂层具有较低的滑动摩擦因数和较高的抗滑动摩擦磨损性能。     

等离子喷涂Al_2O_3对不锈钢抗烧蚀性能的影响

在201不锈钢板的单面上采用等离子喷涂NiCrAlY-Al2O3抗烧蚀复合涂层,通过循环烧蚀实验研究了喷涂样品的抗烧蚀性能。利用SEM和EDS等方法,测试了高温火焰烧蚀前后样品涂层面和无涂层面的形貌和元素组成。实验和测试结果表明:NiCrA-lY-Al2O3抗烧蚀复合涂层与201不锈钢结合性好;高温火焰烧蚀后,样品涂层面平整性有所下降,无涂层面有氧化物生成并有合金小球析出,且喷涂样品的烧蚀程度明显小于未喷涂样品,说明NiCrAlY-Al2O3抗烧蚀复合涂层对201不锈钢基材起到了抗烧蚀保护作用,提高了201不锈钢的抗烧蚀性能。     

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.     

超音速微粒沉积Ti-45Al-7Nb-4Cr涂层的摩擦学性能

针对铝合金表面硬度低和易磨损的问题,采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备了Ti-45Al-7Nb-4Cr合金涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对涂层微观形貌和物相组成进行了观察和分析,并对比测试了5083铝合金、Ti-45Al-7Nb-4Cr合金铸锭和涂层的显微硬度和摩擦学性能。结果表明:Ti-45Al-7Nb-4Cr合金涂层内部颗粒间存在冶金结合和机械嵌合2种结合方式,涂层与5083铝合金基体的结合方式为机械嵌合;涂层主要相组成为γ-Ti Al、α2-Ti3Al和β-Ti相;通过在5083铝合金表面制备Ti-45Al-7Nb-4Cr合金涂层,显微硬度提高4倍以上,磨损体积减少69%以上;涂层的磨损机理为磨料磨损和氧化磨损,具有较好的耐磨性能。     

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。     

热处理对FeCrNiCoCu高熵合金涂层的影响

采用自动化高速电弧喷涂技术,并结合FeCrNiCoCu粉芯丝材制备了高熵合金复合涂层,使用差示扫描量热法分析了涂层中非晶结构的转变温度.同时,对涂层进行了不同温度条件的热处理,研究了热处理前后涂层的组织结构、硬度及其磨损性能.结果显示:高熵合金涂层在500℃附近发生了非晶结构的晶化转变;热处理前涂层中主要含有CuNi、Fe3Ni2、Cr2Ni3等组成的面心立方结构固溶体和少量Fe3O4相,热处理后,氧化物Fe3O4峰强度随着加热温度的升高而增强,并且当温度超过500℃后,涂层中出现了Ni-Cr-Fe相;涂层的显微硬度随着热处理温度的升高而升高,在500℃出现最高值,涂层表现出了明显的回火硬化特征,耐磨损性能较热处理前的涂层有明显提高.     

PIP工艺制备的C/SiC复合材料的氧化行为

PIP工艺制备的C/SiC复合材料中SiC基体富碳,因此增强体和基体均容易氧化。碳纤维和无涂层保护C/SiC复合材料试样在400~1300℃的氧化速率随温度升高而加快,低温为反应控制,高温为扩散控制。CVD-SiC涂层保护C/SiC复合材料和由CVD-SiC层、自愈合层、CVD-SiC层三层涂层保护C/SiC复合材料在400~1300℃的氧化先随温度升高而加快,然后减慢。三层涂层在800~1300℃有非常好的保护效果。扫描电镜照片显示自愈合层的玻璃态物质进入涂层裂纹中,填充裂纹且阻挡氧的通过,从而有良好的抗氧化保护效果。     

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。     

磁控溅射工艺对CrN基复合涂层微观结构及摩擦学性能的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射技术在不锈钢基体上制备了不同质量分数Mo的CrMoN复合涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDX）和光电子能谱仪（XPS）,系统分析了CrMoN复合涂层的相结构、表面形貌、成分、原子化合价价态等,结果表明：添加Mo后,CrMoN涂层的择优取向由CrN涂层的（220）转变为（200）,CrMoN涂层中的Mo原子取代了CrN晶格中的Cr原子,形成（Cr,Mo）N置换固溶体。采用Nano Test 600硬度测试仪测定了CrMoN复合涂层的纳米硬度,结果表明：由于CrN相和MoN两种硬相的协同作用,使得CrMoN复合涂层的纳米硬度值增大。采用多功能摩擦磨损试验机测定了CrN涂层及CrMoN复合涂层的摩擦因数,结果表明：CrMoN复合涂层的摩擦因数低于CrN涂层,磨损过程中由于摩擦热反应生成大量MoO3,使得复合膜的摩擦因数降低,起到了一定的润滑效果,降低了磨损量。     

多弧离子镀CrNx涂层的工艺与摩擦磨损性能

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命,采用多弧离子镀技术在活塞环表面制备了不同N2含量和弧电流的CrNx硬膜,采用X射线衍射技术、扫描电子显微镜、纳米硬度仪和发动机台架试验装置,分别测试了薄膜相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温摩擦磨损性能。研究结果表明：当N2质量分数为45%时,薄膜纳米硬度相对较高,CrNx薄膜中主要以CrN（220）相为主;随着弧电流的增加,薄膜的表面颗粒尺寸增加,当弧电流为60A时,薄膜纳米硬度相对较高。与Cr电镀层活塞环相比,CrNx涂层活塞环具有较强的抗高温粘着磨损性能。     

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。     

切向空气气流对激光辐照碳纤维复合材料的影响

实验研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时,975nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应,发现切向气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏.从理论上对激光辐照下碳纤维复合材料的破坏机理进行了初步分析,基于碳的氧化特性和氧化反应机理,推导了碳纤维的氧化速率方程.采用改进的光滑粒子方法,对激光辐照下复合材料树...     

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。     

超声辅助喷射电沉积Ni镀层的表面形貌及硬度

试验以直接超声方式,在喷射电沉积装置的基础上加载超声设备,分别在20℃和50℃两种镀液温度下在A3钢基体上制备了加载超声和不加载超声Ni镀层,研究了超声波及温度对Ni镀层表面形貌和硬度的影响。试验结果分析表明：在20℃条件下,超声可避免镀层裂纹的产生,提高镀层的硬度;在50℃条件下,超声可细化镀层的组织,且可显著提高镀层硬度;超声波对喷射电沉积层组织和性能的影响机理主要在于超声空化引起的析氢减少、细晶强化和加工硬度。     

An interface shear damage model of chromium coating/steel substrate under thermal erosion load

The Cr-plated coating inside a gun barrel can effectively improve the barrel's erosion resistance and thus increase the service life.However,due to the cyclic thermal load caused by high-temperature gun-powder,micro-element damage tends to occur within the Cr coating/steel substrate interface,leading to a gradual deterioration in macro-mechanical properties for the material in the related region.In order to mimic this cyclic thermal load and,thereby,study the thermal erosion behavior of the Cr coating on the barrel's inner wall,a laser emitter is utilized in the current study.With the help of in-situ tensile test and finite element simulation results,a shear stress distribution law of the Cr coating/steel substrate and a change law of the interface ultimate shear strength are identified.Studies have shown that the Cr coating/steel substrate interface's ultimate shear strength has a significant weakening effect due to increasing temperature.In this study,the interfacial ultimate shear strength decreases from 2.57 GPa(no erosion)to 1.02 GPa(laser power is 160 W).The data from this experiment is employed to establish a Cr coating/steel substrate interface shear damage model.And this model is used to predict the flaking process of Cr coating by finite element method.The simulation results show that the increase of coating crack spacing and coating thickness will increase the service life of gun barrel.     

离子镀TiN涂层工艺参数优化及工作距离对表面质量的影响

采用多弧离子镀(multi-arc deposition)沉积TiN涂层,分析工艺参数对涂层表面质量的影响。首先以硬度为考核指标,设计了Ti弧流、N2流量、Ar流量、烘烤温度和偏压的5因素、4水平L16(45)正交试验,优化工艺参数。然后分析了优化工艺参数条件下,工件到靶材的距离(工作距离)对涂层表面质量的影响。采用SEM分析了表面形貌,通过截面形貌确定了涂层厚度;采用Nano-indentation测定了涂层硬度。结果发现:5个因素对涂层硬度的影响程度不同,影响硬度的因素主次顺序为Ti弧流—Ar流量—偏压—烘烤温度—N2流量;试验条件下,5因素的最优水平依次为70 A,10 sccm,40 V,350℃,44 sccm;存在最佳工作距离(约30 cm),使涂层表面质量最佳。