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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

IBAD氮化钛中N/Ti对膜层性能影响研究

研究了离子束辅助沉积(IBAD)制备氮化钛(TiN)重要参数氮钛到达比(N/Ti)对膜层性能的影响,并且采用俄歇谱分析(AES)、光电子谱分析(XPS)、X射线衍射分析(XRD)对膜层进行了相组成与成分分析,摸索了N/Ti对膜层的影响规律.     

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.     

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。     

Experimental and numerical investigations of interface properties of Ti6Al4V/CP-Ti/Copper composite plate prepared by explosive welding

Explosive welding technique is widely used in many industries. This technique is useful to weld different kinds of metal alloys that are not easily welded by any other welding methods. Interlayer plays an important role to improve the welding quality and control energy loss during the collision process. In this paper, the Ti6Al4V plate was welded with a copper plate in the presence of a commercially pure titanium interlayer. Microstructure details of welded composite plate were observed through optical and scanning electron microscope. Interlayer-base plate interface morphology showed a wavy structure with solid melted regions inside the vortices. Moreover, the energy dispersive spectroscopy analysis in the interlayer-base interface reveals that there are some identified regions of different kinds of chemical equilibrium phases of Cu–Ti, i.e. CuTi, Cu₂Ti, CuTi₂, Cu₄Ti, etc. To study the mechanical properties of composite plates, mechanical tests were conducted, including the tensile test, bending test, shear test and Vickers hardness test. Numerical simulation of explosive welding process was performed with coupled Smooth Particle Hydrodynamic method, Euler and Arbitrary Lagrangian-Eulerian method. The multi-physics process of explosive welding, including detonation, jetting and interface morphology, was observed with simulation. Moreover, simulated plastic strain, temperature and pressure profiles were analysed to understand the welding conditions. Simulated results show that the interlayer base plate interface was created due to the high plastic deformation and localized melting of the parent plates. At the collision point, both alloys behave like fluids, resulting in the formation of a wavy morphology with vortices, which is in good agreement with the experimental results.     

激光淬火渗硫复合层的抗高温摩擦磨损性能

采用网格化激光淬火和低温离子渗硫技术对42MnCr52钢进行复合表面处理,使用洛氏硬度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪对表面改性层进行了表征分析,使用T11高温摩擦磨损试验机对复合处理前后的样品进行了高温摩擦磨损比较试验。结果表明:经激光淬火-离子渗硫复合处理后,在基材表面形成了激光淬火渗硫复合层,具有显著的抗高温摩擦磨损性能。与未处理样品相比较,硬度提高20%左右,摩擦因数降低约10%,磨损失重量减少50%以上。最后对激光淬火渗硫复合层的抗高温摩擦磨损机理进行了探讨分析。     

Friction stir surfacing of cast A356 aluminiumesilicon alloy with boron carbide and molybdenum disulphide powders

Good castability and high strength properties of Ale Si alloys are useful in defence applications like torpedoes,manufacture of Missile bodies,and parts of automobile such as engine cylinders and pistons.Poor wear resistance of the alloys is major limitation for their use.Friction stir processing(FSP) is a recognized surfacing technique as it overcomes the problems of fusion route surface modification methods.Keeping in view of the requirement of improving wear resistance of cast aluminiumesilicon alloy,friction stir processing was attempted for surface modification with boron carbide(B4C) and molybdenum disulfide(Mo S2) powders.Metallography,micro compositional analysis,hardness and pin-on-disc wear testing were used for characterizing the surface composite coating.Microscopic study revealed breaking of coarse silicon needles and uniformly distributed carbides in the A356 alloy matrix after FSP.Improvement and uniformity in hardness was obtained in surface composite layer.Higher wear resistance was achieved in friction stir processed coating with carbide powders.Addition of solid lubricant Mo S2 powder was found to improve wear resistance of the base metal significantly.     

钛在各种介质中的电化学行为的研究

用动电位扫描法研究了钛材在含有不同氯离子浓度溶液中和含有ＰＯ３－４离子的氯离子溶液中的电化学行为．利用线性极化法,测得钛在上述介质中的腐蚀速率．实验结果表明,钛在上述介质中具有非常好的耐蚀性能．     

InSb纳米颗粒的制备与原子力显微镜

为进一步研究半导体纳米材料的物理特性,用真空沉积的方法在SiO2基片上制备了纳米InSb颗粒膜。用原子力显微镜扫描样品表面的分析显示,纳米InSb颗粒均匀地分布在SiO2基片表面。实验结果表明通过改变镀膜时间,可以得到具有不同颗粒尺寸的InSb纳米颗粒。     

软硬交替多层膜法向压入过程的有限元分析

采用大变形弹塑性有限单元法,对高速钢基体上的软硬交替多层膜在法向压痕作用下的力学行为,进行了模拟和分析.为了研究膜层数和膜厚的影响,对从单层到16层的不同膜层体系进行了计算.通过对诸如膜层的变形、最大应力随膜层数的变化、界面剪应力分布、表面张应力分布等的分析,得出了这些参数的分布及其对膜层体系的摩擦学性能的影响.这些结果可为多层膜的结构优化设计提供定量的依据.