不同温度下TC21钛合金等离子表面渗Cr层的摩擦磨损性能

为提高TC21合金的摩擦磨损性能，采用双辉等离子冶金技术在TC21合金表面制备渗Cr改性层，利用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM),能谱仪(Energy dispersive spectromenter,EDS),显微硬度仪和划痕仪等研究了渗Cr层的组织形貌特征、硬度及结合强度，并 在20,300,500 ℃条件下使用摩擦磨损试验机对基体及渗Cr层的摩擦磨损性能进行对比、探究，并分析磨损机理。结果表明：渗Cr层厚度为30μm，均匀致密，与基体结合力至少能承受64 N的垂直载荷；改性层表面硬度超过1 000 HV0.1，约为基体的3倍；TC21合金渗Cr后，不同温度下的减摩性能和耐磨性能均得到提高。在室温下TC21基体磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损，而渗Cr层的磨损机理主要是磨粒磨损；500 ℃时基体粘着磨损和氧化磨损程度变得更加严重，渗Cr层磨损机理是剥层磨损和氧化磨损。      

TC21合金表面Al-Cr涂层的制备及其高温抗氧化性

利用双辉等离子渗金属技术和多弧离子镀技术在TC21钛合金表面制备了Al Cr复合涂层,并于750,850,950 ℃下进行了抗高温氧化性能研究。结果表明：Al-Cr涂层分为纯Al层、AlCr合金层、纯Cr层及扩散层,厚度约为48 μm,涂层连续致密、无贯穿性裂纹,并且与基体结合紧密。氧化过程中,Al Cr涂层表面能形成致密的Al2O3氧化层,阻止O元素向内扩散侵蚀基体,使涂层具有优异的抗高温氧化性能;Cr的存在既促进了Al的选择性氧化,同时又使得涂层的自修复能力得到增强。Al Cr复合涂层显著提高了TC21合金的高温抗氧化性。     

纯Ti及Ti-6Al-4V双层辉光离子渗Mo

针对钛(T i)合金存在的耐磨性较差的问题,采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯T i和T i合金T i-6A l-4V合金表面渗钼(M o),制备出T i-M o合金层。渗层组织为-βT i(M o)固溶体,成分及硬度均呈梯度分布。利用划痕法研究了渗层与基体间的结合强度,结果表明:渗M o后,持续加载100 N未发生渗层剥落现象;球盘磨损实验表明,T i-6A l-4V渗M o后,比磨损率降低为基体材料的1/500。磨损性能的提高得益于表面合金层中M o元素固溶强化而产生的高硬度。     

纳米TiC粉末改性钎料钎焊CBN磨粒的结合界面和磨损特性

采用了Ag-Cu-Ti 合金和纳米 TiC 粉末组成的新型复合钎料钎焊立方氮化硼(CBN)磨粒和工具基体,运用了三维体式显微镜和扫描电镜,研究了CBN磨粒与改性钎料之间的结合体系,包括界面微结构和反应产物,并进行了钎焊磨粒耐磨性试验.试验结果表明:加入的纳米TiC粉末均匀分布在钎料层内,细化了Ag-Cu-Ti合金钎料层的显微组织,有效控制了CBN磨粒与钎料的剧烈反应;磨粒表面化合物均匀致密,确保了CBN磨粒、纳米改性钎料和基体之间的结合强度;钎焊CBN磨粒的磨损形式以磨耗磨损为主,后期出现微小破碎,无磨粒脱落.     

Al2O3陶瓷表面机械合金化制备铜涂层研究

采用机械合金化方法于Al2O3陶瓷表面制得Cu涂层,研究了不同球磨时间的工艺条件下,陶瓷表面金属涂层的微观组织形貌,并对机械合金化过程中陶瓷表面金属化的过程作了相关探讨。实验结果表明,在磨球撞击和摩擦的反复作用下,铜粉首先附着在陶瓷基体表面并填充表面的凹坑,然后在进一步球磨过程中冷焊到基体表面,最终在陶瓷表面形成Cu涂层;涂层与基体之间基本无扩散,结合机制主要为机械结合;适当延长球磨时间,有利于涂层厚度、致密度的增加。划痕法测试表明,涂层与陶瓷基体结合较为紧密且并无起翘剥落。     

Ni—Cr合金与金刚石和钢基体界面微区的分析研究

利用扫描电镜X射能谱，结合金相及试验样逐层的X射线结构分析，剖析了Ni-Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构，揭示了Ni-Cr合金对金刚石和钢基休面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中，Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3，在钢基体结合界面上Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合，这时实现合金层与金刚石和钢基体都有较高结合强度的主要因素。     

离子镀TiN膜层扩散壁障作用的试验研究

利用离子镀方法在基体与耐热涂层之间予先沉积一层ＴｉＮ膜层，作为扩散壁障（中间阻挡层），进行了高温阻扩散试验研究，并应用光镜、电镜、Ｘ射线衍射仪及电子探针等手段对试样氧化区域进行了分析。结果表明，有ＴｉＮ中间层试样、其高温抗氧化性明显提高，ＴｉＮ层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散作用；在本试验范围内，ＴｉＮ中间层厚度增加阻扩散效果增强。     

W18Cr4V钢稀土硫氮碳共渗对性能的影响

对W18Cr4V钢进行了稀土硫氮碳共渗研究。采用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针等对共渗层的组织和结构进行了分析，并对渗层的硬度和耐磨性进行了测量。结果表明：W18Cr4钢经稀土硫氮碳共渗后表面形成了FeS,Fe3(CN)等化合物，稀土共渗提高其硬度和耐磨等性能。     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

多壁碳纳米管填充聚偏氟乙烯复合薄膜的介电性能

为提高多壁碳纳米管(Multiwalled carbon nanotubes, MWCNTs)与聚偏氟乙烯(PVDF)复合的相容性,对MWCNTs进行了三乙烯四胺(Triethylene tetramine, TETA)改性,FTIR表征证明了改性的成功;采用溶液浇铸法制备了改性前后的MWCNTS/PVDF复合薄膜,并测试分析了其介电性能.结果表明TETA-MWCNTs/PVDF复合薄膜的介电性能符合逾渗理论.当MWCNTs的体积分数为0.048时,100 Hz下TETA-MWCNTs/PVDF的介电常数高达3 209,是未改性多壁碳纳米管(U-MWCNTs)/PVDF复合材料介电常数的两倍.SEM分析表明,与U-MWCNT相比,TETA-MWCNTs能更好地分散在基体中,与PVDF之间的界面结合力更强,并可形成更加致密的逾渗网络.     

稀土钇提高离子镀TiN膜层与基体结合力的研究

研究了稀土钇不同含量时对离子镀ＴｉＮ膜层与基体结合力的影响．用扫描电镜，俄歇谱仪，Ｘ射线衍射等手段，对加入稀土钇的ＴｉＮ膜层作了分析。结果表明，加适量稀土钇后，ＴｉＮ膜层与基体的结合力大大提高。其微观机制是，加稀土钇后，膜层相组成发生变化，在膜－基之间形成一过渡层，塑性相（Ｔｉ相）增加，脆性相（Ｔｉ２Ｎ）减少，从而减小了膜－基界面间的应力。此外，结果还表明，稀土钇能明显提高镀膜过程中钛料蒸发率，使成膜速率增加，在相同镀膜时间内ＴｉＮ膜层加厚。     

激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响

采用IPG YLS-6000型 大功率光纤激光器在42CrMo合金表面制备Ni包WC涂层，研究激光功率对涂层组织及性能的影响。研究表明:随着激光功率的增大，涂层组织呈粗化趋势;且在激光功率的增大过程中，涂层中WC颗粒逐渐分解为Fe-C化合物，硬度逐渐减小;当激光功率为1 800 W时，显微硬度达到最大值1 050 HV;Ni包WC涂层显著提高了基材的耐磨性，在同等磨损条件下，涂层的磨损量仅为基体试件的1/5，但激光功率对涂层磨损量的影响不大。     

红外涂层的辐射热转移和选择性辐射

本文通过辐射热转移理论对热基质平面涂层的光谱辐射进行厂分析,并给出了在限定厚度范围内,该涂层光谱辐射的一般方程。由此可以判定在不同基质上,当涂层达到热力学平衡时,其红外辐射是属于黑体辐射或选择性辐射体系。本文同时还讨论了涂层厚度、涂层材料及不同基质性质对红外辐射特性的影响。     

半角7°圆锥马赫数6边界层转捩的自由飞实验

在气动物理靶上开展了半角7°圆锥的边界层转捩测量实验，模型材料为铝合金，表面采用氧化发黑处理或涂覆低热导率涂层，底径33mm，球头半径0.27~2.50mm，马赫数4.89~6.63，单位雷诺数4.8×107/m~5.2×107/m，总迎角0.8°~5.8°，采用阴影和红外辐射成像获得了模型边界层图像和转捩阵面形貌，测得转捩雷诺数介于2.4×106~5.6×106之间.结果表明:转捩雷诺数随迎角增大而减小；一定的球头钝化可以推迟转捩。     

表面热流辨识技术在边界层转捩位置测量中的应用初步研究

目前工程飞行试验中主要采用近壁热电偶测温法来确定飞行器表面流动的边界层转捩位置,由于测点离表面较近,对温度传感器量程和结构强度有较高要求.为此,提出了基于表面热流辨识技术确定转捩位置的基本思想和处理方法,测点可以距离表面相对较远.但是,当测点越远离受热面,辨识问题的不适定性会越强,因此需要采用仿真辨识方法来对传感器安装位置进行合理选取.在给出二维传热模型表面热流辨识算法的基础上,对两个算例进行了仿真辨识分析.结果表明:基于表面热流辨识技术确定转捩位置是可行的,能给出较为准确的转捩区域判断.     

钛合金表面多孔TiO2制备及涂层结合强度改进

为了提高钛合金基体与Fe(吸波剂)/环氧涂层的结合强度,采用微弧氧化在钛合金表面制备一定厚度的二氧化钛多孔膜,之后浸涂Fe/环氧树脂涂料。分别研究了微弧氧化中电流、时间等实验参数对钛合金表面形貌和涂层结合强度的影响,并对所制备的氧化多孔膜在拉伸前后进行扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:多孔TiO2膜的孔径随电流增大而减小,孔密度随电流增大而增大,随时间增加孔径增大,但时间不宜太长,涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小,在3 A,4 min时达到最佳值33.62 MPa。     

高超声速锥柱裙模型边界层转捩的弹道靶实验

为研究高超声速边界层转捩现象、给边界层计算提供可靠的对比数据,在中国空气动力研究与发展中心超高速弹道靶上开展了锥柱裙模型高超声速边界层转捩的自由飞实验。所采用的锥柱裙模型全长105mm,飞行速度1.94km/s(犕犪=5.65),单位雷诺数4.32×107~1.20×108 m-1。使用激光阴影成像技术,获得了锥柱裙模型边界层转捩和湍流边界层发展的图像,测得的湍流边界层厚度在0.6~2.2mm 之间,湍流涡的流向尺寸与边界层厚度的比值介于0.3~0.8之间且沿流向呈下降趋势。实验结果表明:弹道靶实验能够获得给定飞行环境下的高超声速边界层转捩图像,从图像中可以清晰判断转捩位置或区域、测量边界层厚度和分析湍流涡的尺寸。     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.