13Cr4Mo4Ni4VA钢复合硬化层的表征研究

对渗碳硬化13Cr4Mo4Ni4VA钢进行渗氮处理后形成复合硬化层,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、高分辨电镜、电子探针及显微硬度测试等方法对复合硬化层进行表征。结果表明,复合硬化13Cr4Mo4Ni4VA钢渗层碳氮浓度呈梯度分布,从表面到心部组织性能也呈梯度变化,表现出异于传统硬化工艺的组织结构特性。复合硬化层为双层硬化结构,渗氮层组织优异,少无沿晶化合物,析出细小的片状的Mo2N、周期性层状分布的Mo2C以及Cr2(C,N)等合金碳(氮)化合物,在析出相沉淀硬化和碳氮原子固溶强化共同作用下,使复合硬化层表面硬度达到超硬化(70HRC),有效硬化层维持很大的层深,具有优异的硬度梯度及残余压应力场。     

交流离子渗氮层氮浓度分布函数

在文献中,首次用函数优选法推导出普通(直流)离子渗氮层长大动力学的教学模式,用仿型积分法推导出了各相层氮浓度分布函数。但是,不同材料、不同渗氮条件下不同渗氮相中的氮扩散系数不同,目前这方面的数据十分缺乏。针对这一实际情况,并考虑迄今尚未见到有关工频交流离子渗氮层长大动力学及渗层氮浓度分布函数的报导,本文用回归分析试验和计算方法求得工频交流离子渗氮层长大动力学的数学模式,利用这些     

快速离子氮化渗氮层相组成和微观组织形貌研究

渗氮件的性能与渗氮层的化合物相组成和扩散层的微观结构密切相关。本文基于渗氮温度和氮势对渗氮层形成与分解的影响规律，借助X射线衍射分析和透射电子显微技术，对循环氮势快速离子氮化渗氮层相组成和微观组织形貌进行了深入研究，探讨了其快速渗氮的机理。结果表明，与常规离子渗氮工艺相比，通过周期地控制渗氮温度和氮势变化，快速离子渗氮不仅能显著地提高渗氮速度和增加材料的渗氮层深，而且使合金氮化物种类明显增多，扩散层中的沉淀硬化物也更细小弥散，有利于改善渗氮层质量和提高渗氮工件性能。     

SPS原位制备Ti(C,N)/TC4复合材料的组织和性能研究

采用放电等离子烧结技术,以石墨相氮化碳(g–C₃N₄)为氮源和碳源,原位制备了Ti(C,N)/TC4复合材料。通过改变g–C₃N₄添加量,制备出不同Ti(C,N)含量的复合材料,并对其微观结构、硬度和摩擦性能进行了重点研究。结果表明,原位制备出的Ti(C,N)呈颗粒状,整体呈网格状分布,且与基体界面结合良好。随着g–C₃N₄添加量的增加,复合材料硬度不断提升,耐磨性能先提升后降低。综合评估硬度与摩擦性能,添加质量分数为5%的g–C₃N₄时所制备的复合材料具有较高的硬度和优秀的耐磨性能,硬度为627.68HV,与纯TC4钛合金烧结试样相比提升了44.4%,摩擦系数与磨损量分别为0.2608与0.056 mm³,相较于纯TC4烧结试样性能分别提升了29.3%与61.6%。     

表面织构化–等离子表面渗铬复合处理对TA2纯钛耐磨性的影响

为改善TA2纯钛耐磨损性能,采用激光表面织构化–双辉等离子表面合金化复合处理技术在TA2表面制备铬改性层,并探究复合处理试样在室温和600℃温度下的摩擦学行为。结果表明,等离子合金化技术可在均匀的圆形织构单元表面上制备连续、致密的铬层,铬层厚度为55μm,主要由固溶体和CrTi、Cr₂Ti化合物相构成。渗铬处理显著提高了TA2的表面硬度;在室温和600℃条件下,表面织构化–等离子表面渗铬复合处理显著提高了TA2的耐磨性。就磨损失重而言,在室温和高温条件下,复合处理试样相对于TA2基体分别降低了77.2%和75%。     

GCr15钢离子注入表面改性研究

对航空轴承用钢ＧＣｒ１５进行了硼离子、氮离子及其复合注入试验。利用扫描电镜和Ｘ射线衍射仪对注入层的组织结构进行了分析，并测试了注入层的硬度、耐磨性、耐蚀性。结果表明：ＧＣｒ１５离子注入层形成了多种弥散相和非晶相，表层的残余奥氏体含量也有所减少。表层的硬度、耐磨性以及耐蚀性经离子注入后明显增加。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900～960℃、5×10^–4～10^–2s^–1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^–3s^–1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener–Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε~·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^–2σ)]^1.99×exp(–6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

45钢气体低温氮硼复合共渗研究

针对目前渗硼存在温度高、脆性大等一系列问题,对45钢进行气体低温氮硼共渗得到复合渗层,并对渗层进行金相组织观察、显微硬度测试,探讨了渗层的形成过程及渗剂中催渗剂尿素的作用。结果表明,通过合理的共渗工艺可以实现在软氮化的温度即540℃~660℃下强制渗硼,获得平均厚度为100μm较为平整的复合渗层,该渗层具有较高的硬度,最高可达995.6HV。     

13Cr4Mo4Ni4VA钢复合化学热处理过程渗层组织性能演变

对13Cr4Mo4Ni4VA钢进行了表层复合化学热处理,即在渗碳硬化层的基础上再进行渗氮处理,形成复合硬化层.采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EMPA)及显微硬度梯度测试等方法对复合化学热处理过程组织性能的演变规律进行探索研究.结果表明,13Cr4Mo4Ni4VA钢在复合化学...     

TiA1双层辉光离子渗Cr的工艺研究

利用双层辉光离子渗金属技术（DGPSAT）对TiA1金属间化合物进行渗Cr处理。研究了主要工艺参数对渗层表面合金含量CA和渗层厚度δ这两个目标函数的影响。结果表明，表面合金含量CA和渗层厚度δ随源极电压Vs、有效功率密度比k的增加而增加；随阴极电压Vc的增加而减少。气压存在一个峰值，太高或太低都不利。工艺参数的最佳值；源极电压Vs为1200V～1300V，阴极电压的200V～300V，有效功率密度比k为4～5，气压为25Pa～30Pa。     

Yb3+、Er3+共掺杂Sm2Zr2O7陶瓷导热性能研究

为探究在Sm₂Zr₂O₇中A位掺杂Yb³⁺和Er³⁺对其导热性能的影响,采用固相合成法制备(Sm_1–x–yYb_xEr_y)₂Zr₂O₇(x=0.05,0.1;y=0,0.1)陶瓷材料,并对其物相结构及热物理性能测试。研究发现,改性后的(Sm_1–x–yYb_xEr_y)₂Zr₂O₇陶瓷材料为立方烧绿石结构。由于质量差和半径差的变化,声子散射增强,平均自由程减小,热导率降低,在600℃下,(Sm_0.85Yb_0.05Er_0.1)₂Zr₂O₇的热导率为1.3 W/(m·K),Yb³⁺     

沉积温度对TC4钛合金表面辉光离子渗Mo层组织和耐磨性能的影响

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面沉积Mo耐磨涂层。利用XRD、SEM、EDS、显微硬度仪和摩擦磨损试验机研究了沉积温度(850℃,950℃和1050℃)对Mo涂层的组织结构、耐磨性能及磨损机制的影响。结果表明:涂层由Mo外层和互扩散区组成,互扩散区主要为Mo-Ti固溶体相;随着沉积温度的升高,Mo涂层的生长速率增加,但平均晶粒尺寸增大,因而硬度、耐磨性能降低;纯滑动干摩擦载荷为98N时,950℃/5h沉积所形成Mo涂层的磨损速率约为TC4钛合金的1/45。     

温度凸轮离子氮化工艺

研究了离子氨化对３８ＣｒＭｏＡｌ钢制件温度凸轮渗层表面的组织形态、力学性能及其尺寸变化的影响。结果表明，离子氮化与一般气体氮化处理的温度凸轮渗层相比，具有良好的组织和综合的力学性能，且变形量小。     

不同钇含量氧化锆基热障涂层材料CMAS腐蚀行为研究

系统研究了不同YO_1.5含量掺杂氧化锆基材料(8YSZ、20YSZ、38YSZ、55YSZ)以及纯氧化钇材料(Y₂O₃)在1300℃下的CaO–MgO–Al₂O₃–SiO₂(CMAS)腐蚀行为。结果表明,不同钇含量氧化锆基材料表现出具有显著差异的CMAS腐蚀行为。对于YO_1.5含量较低的8YSZ与20YSZ而言,腐蚀行为由溶解–再析出及晶界腐蚀所主导,前者析出小球颗粒ZrO₂,后者的析出物则是直接沉积在原始ZrO₂表面形成核壳结构;随着YO_1.5含量的增加,腐蚀行为逐渐转变成反应腐蚀,38YSZ以及55YSZ与CMAS熔盐快速反应结晶,形成一层连续致密、含磷灰石相的保护层,能够有效阻挡CMAS熔盐的进一步侵蚀,并且55YSZ所形成的保护层中磷灰石相的体积分数更多,抗CMAS腐蚀能力更佳;纯Y₂O₃样品也能与CMAS熔盐快速反应...     

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。     

TiC-TiB2复合相钛基稀土激光熔覆层组织与性能

采用通快同轴送粉4002光纤激光器,在TC4表面熔覆制备了不同含量Y₂O₃的TC4+Ni45+Co-WC+Y₂O₃钛基复合耐磨涂层。采用XRD、SEM、EDS、EPMA测试研究了涂层微观组织,利用显微硬度计、摩擦磨损实验机和白光轮廓仪分析评价了涂层的显微硬度和摩擦学性能。结果表明,涂层生成相不随Y₂O₃含量变化而改变,主要包括Ti₂Ni、TiC、TiB₂以及α-Ti;未添加Y₂O₃涂层,生成相尺寸粗大,方向性明显;随着Y₂O₃的加入,涂层组织逐步细化,生成相方向性减弱;当Y₂O₃为3wt%时,涂层析出相以颗粒和短棒状相为主,合成了大量TiC-TiB₂依附生长复合相,经二维点阵错配度计算,TiB₂（0001）与TiC （111）错配度δ为0.912%,TiC与TiB₂形成了共格界面,可有效增加涂层组织分布均匀性;Y₂O₃含量为0wt%、1wt%和3wt%时,涂层显微硬度逐渐减小,磨损体积先增大后减小,摩擦系数逐渐降低;在TiC-TiB₂复合相的作用下,3wt% Y₂O₃涂层的耐磨、减摩性最优,涂层磨损机理为磨粒磨损。     

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo2NiB2涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm²,但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV_0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^–5 mm³/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。     

铌合金表面Cr2O3/MoSi2/CoNiCrAlY复合涂层抗熔盐腐蚀性能研究

采用超音速大气等离子喷涂技术,在铌合金基体上制备Cr₂O₃/MoSi₂/CoNiCrAlY复合涂层,在1 000℃下进行Na₂SO₄熔盐腐蚀性能测试实验,对涂层腐蚀前后的物相、表面形貌和微观组织进行分析,并对涂层的熔盐腐蚀机理进行解释。结果表明：喷涂态复合涂层层间结合紧密,其中Cr₂O₃阻挡层组织致密,喷涂过程中颗粒完全熔化,形成的阻挡层有少量孔洞;循环腐蚀200 min后,Cr₂O₃阻挡层表面生成颗粒状腐蚀产物Na₂CrO₄,残留网络状Na₂SO₄。腐蚀后涂层内未发现熔盐渗入,无明显裂纹,涂层失重仅为1.28 mg/cm²,抗熔盐腐蚀性能良好。     

(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵陶瓷的组织结构与力学性能

为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1 600℃热处理后(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W₂B₅第二相,粉末粒径为(0.29±0.03)μm;2 000℃烧结后W₂B₅减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB₂后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5) GPa,断裂韧性(3.00±0.22) MPa·m^1/2。     

等离子喷涂(RE–Al)TaO4钽酸盐环境障涂层性能研究

陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热–力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5～5.5)×10^–6 K^–1)成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)表面成功制备了(AlTa_x)B_2–2xO₄/(RE–Al)TaO₄复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。