等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗.使用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X衍射仪(XRD)检测了合金渗层的形貌、合金元素含量与相组成,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能与高温耐磨性能的改善效果.结果显示,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相...     

难切削材料专用刀具的表面强化技术

ＰＣＶＤ复合渗镀表面强化技术是用ＰＣＶＤ法在刀具表面制备由离子氮化渗层和（Ｔｉ，Ｓｔ）Ｎ镀层组成的复合渗镀强化层。强化层有优异的耐磨性、良好的抗氧化性和强韧性，可显著改善刀具的切削性能，以适应难切削材料的切削加工。文中介绍了该强化技术的原理，并给出了部分应用实例。     

铝合金表面贯穿式复合涂层设计、制备及性能研究

为了改善航空航天用铝合金的耐磨性能,尤其是保证在使用环境温度升高情况下铝合金的正常使用。本文在机械球磨涂层与基体之间扩散层形成原理的基础之上,设计三维立体状扩散层来增大涂层与基体之间结合性能;采用融合机械球磨、激光织构微孔和电沉积3种技术在铝合金表面制备贯穿式复合涂层,对复合涂层的力学和摩擦学性能进行测试分析。结果表明,电沉积Ni涂层完全覆盖了机械球磨涂层的织构表面,经过热处理后机械球磨涂层和电沉积涂层显微硬度分别约为285和165 HV,并且铝合金基体、机械球磨涂层和电沉积涂层3者界面处形成了三维立体结构扩散层。铝合金在室温情况下摩擦学性能表现正常,但在300℃下出现失效现象。针对4种复合涂层,室温下N150复合涂层的摩擦因数最低(约为0.7);300℃下N100、N150、N200复合涂层摩擦因数约为0.5。两种温度环境下4种样品的磨损率分布在(0.9～1.6)×10^-3mm³/(N·m),N100和N150复合涂层性能表现略好。采用该方法制备的贯穿式复合涂层在室温和300℃环境下有效的保护了铝合金基体,拓宽了铝合金的适用范围。     

表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响

为对比研究表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响,在17-4PH不锈钢表面进行了多弧离子镀陶瓷/金属多层膜制备、激光表面合金化(LSA)处理和超音速火焰喷涂(HVOF)硬质合金层处理,利用划痕仪、自组装的不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)装置、多冲疲劳试验机对上述三种表面处理试样的小攻角和大攻角SPE失效行为和机理进行了研究。结果表明,微切削是17-4PH不锈钢及其表面改性试样小攻角下固体粒子冲蚀破坏的主要失效机制,多冲型疲劳破坏是17-4PH不锈钢及其表面改性试样大攻角下固体粒子冲蚀的主要失效机制。HVOF WC-17Co涂层可显著提高17-4PH不锈钢30°小攻角和90°大攻角下SPE抗力。激光表面合金化层能够改善17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角下SPE性能,但SPE性能改善效果弱于HVOF喷涂涂层。TiAl N/Ti多层膜不能显著提高17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角的SPE性能。     

Q235等离子渗Nb改性层在5%H_2SO_4中的腐蚀性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Q235钢进行表面渗Nb处理,用OM,SEM和XRD分析了渗Nb层的显微组织、化学成分及其相组成,并对其在5%H2SO4水溶液中的腐蚀性能进行了研究。结果表明:经过等离子渗Nb处理后可获得约25μm的表面合金渗层;渗层中Nb含量随渗层深度呈梯度变化,渗层与基体结合牢固;XRD表明渗层中形成了Nb,Fe2Nb,NbC等相。电化学测试结果表明:Q235渗Nb合金层较基体的耐蚀性能有较大的提高。     

TA2钛表面激光合金化制备耐1000℃高温氧化Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层

为了提高钛和钛合金表面的抗高温氧化能力,使用先预置一层硅粉后预置一层铝粉方式,采用激光合金化技术在TA2钛表面制备出耐1000℃高温的Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层,并采用XRD、SEM和等温氧化技术对激光合金化后涂层的组织特征和1000℃、50h空气等温氧化性能进行了系统研究。研究结果表明:涂层主要由初生的Ti_5Si_3相和Ti_5Si_3/Ti_3Al共晶组织组成;复合涂层经过1000℃、50h空气等温氧化后的氧化增重速率约为基体的1/12;复合涂层的氧化产物主要是Ti O_2、Al_2O_3和SiO_2;复合涂层中Ti_5Si_3和Ti_3Al两相的存在是其抗高温氧化性能提高的主要原因。     

Ti2AlNb合金双层辉光等离子表面渗钼的扩散行为研究

Ti2AlNb合金(O相)具有高的比强度、断裂韧性以及优良的抗蠕变性能,因而在航空制造中成为一种颇具吸引力的高温结构材料.但是,较差的耐磨性是其主要的缺陷并限制其实际应用.为解决这一问题,对Ti2AlNb合金进行双层辉光等离子表面渗Mo.探讨主要工艺参数对Mo的扩散行为的影响.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱仪(GDS)分析表面合金化层的成分分布和微观结构.测定从表面到中心的显微硬度变化曲线.结果表明温度与时间均对扩散过程具有显著的影响.最后通过回归分析计算出在优化的工艺温度980℃下的扩散系数.     

织构化表面涂层的研究进展

基体表面织构化预处理对于涂层综合性能的改善作用已经得到初步证实.综述了表面织构的现有制备技术、优缺点及表面织构关键设计参数,总结了表面织构技术在机械加工、医学、微纳机电系统等领域中的应用,介绍了基体表面织构化与软硬涂层协同作用的研究现状,并从涂层的表面性能和界面性能两个角度展开,探讨了基体表面织构化预处理提升涂层综合性...     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

热氧化对TA18钛合金耐腐蚀磨损性能的影响

选用TA18钛合金为材料,在箱式电阻炉中对其进行不同温度热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%～38%(质量分数)HCl溶液浸泡、摩擦磨损试验机等试验手段考察试样组织形貌、物相、显微硬度、耐蚀耐磨损性。研究结果表明,TA18钛合金热氧化后试样表面形成了氧化层,表层物相主要为金红石型TiO₂,随着热氧化温度升高,氧化层逐渐出现少量Al₂O₃。同时,500～850℃热氧化,随着热氧化温度升高,试样表面硬度逐渐提高,但超过800℃后随温度升高表面硬度反而降低。热氧化可提高TA18钛合金耐腐蚀性和磨损,其中800℃是提高TA18钛合金在36%～38%HCl中耐腐蚀的最佳热氧化温度;700℃是改善TA18钛合金摩擦磨损性能的最佳热氧化温度。     

钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化组织与摩擦学性能

分别利用预涂活性碳粉和 Ti C粉 2种方法对γ-Ti Al基合金 Ti-4 8Al-2 Cr-2 Nb进行激光表面合金化,制得了无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达 1.6mm以上的、以硬质 Ti C树枝晶为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层,分别采用 OM,SEM,EDS,XRD等方法分析了激光合金化耐磨表面改性层的显微组织,分别在销 -环滑动磨损、Si C纤维刷式高速滑动磨损及微动磨损条件下评价了激光表面改性层的摩擦学性能。结果表明 :采用上述 2种方法所获激光表面合金层组织均匀、与基体间结合为完全冶金结合,合金层硬度及在 3种磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。激光表面合金化是提高γ-Ti Al合金摩擦性能的一种很有前途的表面改性方法     

表面喷丸对紫铜低温扩散连接接头性能的影响

针对紫铜在传统扩散连接温度(500～800℃)下组织退化严重的问题,采用表面喷丸工艺对紫铜待焊表面进行处理,从而实现了紫铜在低温(400℃)下的高质量扩散连接。喷丸时间分别为10s、40s、70s、100s,对喷丸后的试样在光镜下进行了观察,紫铜表面发生了剧烈的塑性变形,在表层形成了一定厚度的细晶层,随着喷丸时间的增加,细晶层的厚度也随之增加,对扩散连接后的试样进行了组织和力学性能分析。结果表明:接头处发生了再结晶,对紫铜在低温下的扩散连接起到了促进作用,接头抗拉强度随着喷丸时间增加而增加,喷丸100s时接头抗拉强度最大,达到314.5MPa,为母材的86.1%。     

增材制造γ–TiAl合金超声喷丸表面完整性数值及试验分析

为探究超声喷丸对增材制造γ–TiAl合金表面完整性的影响特性,验证有限元数值模型的可行性,以电子束熔化制备的γ–TiAl合金试样为研究对象,建立超声喷丸三维有限元模型,对不同喷丸参数下试样表面粗糙度及应力场分布进行仿真分析。采用不同喷丸参数对试样表面进行0.15 A、0.25 A两种喷丸强度的超声喷丸试验,揭示喷丸工艺对电子束熔化γ–TiAl合金微观形貌、残余应力分布、表面粗糙度及显微硬度等表面完整性的影响规律,验证仿真模型的有效性。结果表明,超声喷丸处理后,试样表层晶粒尺寸得到细化,产生了由表层至深层的晶粒尺寸梯度变化,形成了约150～250μm深的残余压应力层;此外,相同弹丸直径下,提高喷丸强度可显著增加试样表面粗糙度均值的分布,相同喷丸强度下,增加弹丸直径可有效降低试样表面粗糙度;超声喷丸试样表面显微硬度相对未喷丸试样表面（305HV）提高显著,最大显微硬度均出现在距离表层最近的测量点位置,其影响层深度可达300～500μm。     

离子渗复合处理与单一离子渗氮动力学对比研究

为发挥离子渗氮和离子氮碳共渗两种技术各自的优势并克服其不足,研发了离子氮碳共渗与离子渗氮复合处理(以下简称离子渗复合处理),并与单一离子渗氮进行了对比。采用金相显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对离子渗层厚度、物相、截面硬度进行了测试,并对化合层形成动力学进行了对比分析。结果表明,45钢经离子渗复合处理后化合层明显厚于单一离子渗氮,化合物层形成效率显著提高,且表层硬度提高。经离子渗复合处理后化合层新增了Fe₃C相,且主要物相发生了由γ′相向ε相的转变。动力学分析表明,离子渗复合处理化合层形成扩散激活能比单一离子渗氮明显降低,从179.7 k J·mol^–1降低到87.1 k J·mol^–1,同时得出了45钢在783～843 K温度范围内离子渗氮与离子渗复合处理化合层厚度与温度之间的关系式分别为d_{plasma nitriding}=exp(15.8–10810/T)与d_{complex treatment}=exp(9.7–5237/T)。     

表面粗糙度对高辐射涂层发射率的影响

以氧化铁、碳化硅和氧化钴为高辐射填料,通过控制涂层浆料固含量和喷涂次数制备出了不同表
面粗糙度的高辐射涂层。用AE 辐射计测试了不同表面粗糙度高辐射涂层的室温发射率,根据GB/ T 7287—
2008 测试了涂层的800℃高温发射率,用扫描电子显微镜和光学显微镜观察了涂层表面形貌,用扫描探针显微
镜测试了涂层的表面粗糙度。结果表明,在辐射换热条件下高辐射涂层表面粗糙度在2. 75 ~225. 70 μm 变化
时,其室温发射率发生了0. 02 ~ 0. 05 的变化。而在导热换热条件下高辐射涂层表面粗糙度在2. 75 ~ 36. 99
μm 变化时,其高温发射率没有变化。     

表面涂层-高温合金之间的高温过程研究

采用刷涂和烧结的方法制备了高温合金表面的无机涂层，并对基体进行了预氧化处理。应用俄歇能谱仪（AES）、扫描电镜（SEM）研究了预氧化处理和高温长时间退火条件下，涂层和高温合金之间元素的相互作用。结果表明：氧在合金中的分布曲线服从抛物线法则，高温下基体中铬优先氧化，对高温合金基体进行预氧化处理能有效地阻滞高温条件下基体元素铬的贫化。     

纳秒激光构造锡青铜粗糙表面的工艺研究

为了在考虑表面粗糙度条件下,对表面织构影响润滑性能的理论计算结果进行试验验证,提出了一种通过纳秒紫外激光在锡青铜样片表面构造不同粗糙度参数的方法.通过改变激光加工参数制备了不同表面粗糙形貌,并采用白光干涉共聚焦显微镜以及粗糙度仪对表面粗糙形貌进行表征.试验结果表明,表面粗糙度随激光扫描速度的增大而减小;扫描间距等于光斑直径50μm、扫描速度300mm/s时,表面粗糙纹理方向清晰,便于粗糙度方向参数的控制.通过控制粗糙度方向参数以及微织构方向控制,实现了与表面粗糙方向成规定角度的微织构阵列的制备.     

航天器用钛合金表面镀覆技术

介绍了改进的钛合金镀覆前处理工艺,采用二次酸性浸锌的方法对钛合金进行活化,克服了钛合金表面易氧化造成的镀覆层结合不良的问题,并对比了不同磷含量对化学镀镍层结合性能的影响,在TC4及TA1钛合金表面制备得到了结合强度高的化学镀镍、镀金、镀银层。通过热震和划格法测试钛合金表面镀覆层与基体的结合强度;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、3D显微镜、金相显微镜等方法对镀层微观形貌和组成进行测试;并测试了镀层的电化学性能、镀银层的导电性以及镀金层的热辐射性能。实验结果表明:采用酸性浸锌溶液对钛合金进行活化,并以中磷镍作为底镀层,能够显著提高钛合金表面镀覆层的结合强度。化学镀镍层的腐蚀电位相对于钛合金基体提高了60 mV,镀金层的腐蚀电位则提高了600 mV。镀层的导电性、热控性能等都较基体钛合金有明显的提高。