32Cr3Mo1V表面激光熔覆TiC/钴基高温合金组织和性能研究

针对铝热轧辊套表面因高温摩擦磨损失效的问题,采用同轴送粉式激光熔覆在32Cr3Mo1V表面制备不同质量分数(0%、5%、10%、15%)TiC/Co-08高温耐磨熔覆涂层。分析了该熔覆层的显微组织形貌、相组成及微区成分;测试了显微硬度、高温摩擦磨损性能。结果表明,Co-08涂层主要由γ-Co及晶间碳化物组成,其磨损形式为氧化磨损和磨粒磨损。TiC添加量为5%时,晶间组织碳化物含量减少,涂层中Fe元素含量升高,涂层显微硬度降低,摩擦系数有所升高,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损。TiC含量≥10%时,晶间碳化物含量升高,涂层中析出细小的TiC颗粒,有效提高了涂层的显微硬度,其摩擦系数也明显降低,磨损机制主要为氧化磨损及轻微的磨粒磨损。当TiC添加量为5%时,涂层显微组织变得粗大且显微硬度及高温耐磨性均降低。随着TiC含量的继续增加,涂层中重新析出小尺寸TiC增强体,且晶间碳化物含量也有所上升,其显微硬度及高温耐磨性也随TiC含量的增加而升高。在TiC含量≥10%时,TiC/Co-08复合涂层具有良好的高温耐磨性。

直写成型用碳化硅浆料及其流变性能研究

碳化硅(SiC)凭借高强度、轻质性以及耐高温性能等优势已成为时下应用最广泛的陶瓷材料之一。传统的制备方法生产周期长、成本高且难以制造相对复杂结构的陶瓷。本文利用直写成型方法制备三维复杂结构的SiC陶瓷,研究分散剂含量、pH值、固相体积分数和增稠剂等因素对SiC浆料流变性能的影响,制备可打印的SiC浆料并直写成型,获得SiC的三维点阵结构。结果表明:调节分散剂含量能使浆料黏度获得最低值;pH值影响分散剂的解离度进而改变浆料的黏度;固相体积分数越高,打印结构完整性越好;添加甲基纤维素(MC)可增加浆料的黏度和剪切弹性模量,使其可打印。优化的SiC浆料配方为:分散剂聚丙烯酸(PAA)质量分数为0.01%,固相体积分数为63%和MC质量分数为0.04%,pH>10。

预热温度对激光选区熔化成形30%SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料力学性能的影响

基板常温工况下激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料存在孔洞、裂纹等冶金缺陷,从而导致成形零件致密度低、力学性能差等问题。首先研究了固定优化成形工艺参数时,基板预热温度(200~400℃)对45μm的30%(质量分数,下同)SiC_(p)/AlSi10Mg成形零件表观致密度和力学性能的影响;进一步提高SiC_(p)质量分数至50%,再次评价了上述基板预热温度对成形性能的影响。结果表明,当SiC_(p)质量分数为30%时,升高基板预热温度可以减少成形零件的孔洞和裂纹,成形零件的表观致密度及力学性能显著提高;当基板预热至400℃时,成形零件表观致密度最高达到97.98%,与此同时极限抗压强度和极限抗拉强度分别为578 MPa和56 MPa;随着SiC_(p)质量分数进一步增加至50%,基板预热温度对成形零件致密化和力学性能的强化效果逐步减弱。本研究证明高温预热基板能够有效抑制激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料的冶金缺陷,为增材制造SiC_(p)/Al复合材料提供了工程应用解决方案。

表面等离子渗氮对TiAlN涂层TiCN基金属陶瓷性能的影响

针对TiCN基金属陶瓷,调节不同N_(2)/Ar流量比对其进行等离子渗氮,并在渗氮样品表面沉积TiAlN涂层。采用GIXRD、EDS、SEM、HR-TEM、划痕测试、纳米压痕测试和光学图像测试仪等研究了渗氮过程N_(2)/Ar流量比对涂层组织结构、膜基界面状态、力学性能和涂层金属陶瓷刀片切削性能的影响。结果表明,随着N_(2)/Ar流量比的提高,TiAlN涂层晶粒逐渐细化,涂层厚度不断降低,基体表面仍有黏结相残留,进而影响表面涂层的生长和性能。当N_(2)/Ar流量比为1时,膜基界面处存在硬质相生长区和富黏结相生长区两种涂层生长区域,涂层在硬质相表面为共格外延生长,富黏结相区域存在原子排列紊乱的过渡区,涂层为半共格外延生长;涂层(200)晶面取向最强,织构系数为1.91;涂层硬模比(H/E)最高,为0.094。当N_(2)/Ar流量比为2时,TiAlN涂层的硬度和弹性模量均最高,分别为34.15GPa和416.64GPa。在切削加工过程中,切削接触区域主要发生磨粒磨损和粘着磨损。当N_(2)/Ar流量比为1时,涂层TiCN基金属陶瓷刀片切削性能最佳。

长径比对TiB/Ti6Al4V网状复合材料力学行为的影响

目的针对高性能钛基复合材料开发过程中所面临的强韧性倒置问题,对网状构型钛基复合材料拉伸行为进行仿真,以揭示增强体长径比对材料强度与韧性的影响机理。方法针对TiB/Ti6Al4V网状构型复合材料体系,构建增强相长径比不同的复合材料有限元模型,分别进行拉伸行为仿真,并对其应力-应变曲线、应力集中系数、应力云图和应变云图等进行预测与分析。结果随着增强相TiB长径比的增大,复合材料的断裂伸长率单调递增,弹性模量与抗拉强度则呈先下降后上升的趋势。结论增强相长径比是影响复合材料力学性能的重要参数。增强相的长径比和局部体积分数的共同作用导致复合材料模量和强度随长径比的增大先降低后升高。此外,随着TiB长径比的增大,断口更加曲折,主裂纹多次偏转扩展方向,并沿着TiBw/Ti6Al4V-Ti6Al4V“限域”界面扩展,进而消耗了大量的体系能量,这对材料韧化有积极影响。

异质结构Ti(C,N)-(Fe)CoCrNi基金属陶瓷及其电化学腐蚀行为

采用(Fe)CoCrNi高/中熵合金雾化粉末原料,制备Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%FeCoCrNi(A)和Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%CoCrNi(B)金属陶瓷,采用具有相同黏结金属体积分数的Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-12%Co-12%Ni(C)金属陶瓷作为对比合金。电化学实验结果表明,尽管金属陶瓷A和B中存在脱碳相(η相)和微观结构均质性较差等问题,在H_(2)SO_(4)(pH=1)、Na_(2)SO_(4)(pH=7)和NaOH(pH=13)溶液中,相较于无微观组织结构缺陷的金属陶瓷C,金属陶瓷A和B在3种介质中平均自腐蚀电流密度J_(corr)分别降低33%和88%,平均电荷转移电阻Rct分别提高97%和219%,微观组织结构缺陷不影响其耐蚀性改善;在H_(2)SO_(4)中,金属陶瓷B的J_(corr)降低89%,Rct提高750%,CoCrNi中熵合金黏结金属能显著改善金属陶瓷在强腐蚀性介质中的耐蚀性。从高、中熵合金本征特性,合金体系润湿性等视角分析了金属陶瓷A和B中η相形成伴随的异质结构形成机理。

W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的电子结构及力学性能的理论分析

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对金属原子W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的晶格常数、弹性常数和电子结构以及电荷布居进行计算和分析,结果表明:W原子可稳定存在于(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))中,但W原子的加入使得(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))体系稳定性下降,增强了原子间的键能,且晶格因替换原子W与Ti的直径大小不同产生畸变,并伴随着W含量的增加会加剧晶格畸变和晶格常数失衡;由弹性常数计算结果表明,适当添加W原子能改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的抵抗外力变形的能力和硬度,同时可以降低晶体的脆性,且当x(W)=12%时,(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))抵抗变形能力和硬度达到最佳,理论硬度HV提高了6%;电子结构计算结果显示,W原子掺杂后费米能级处态密度增加,增强了(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的导电性,且远高于Ti(C_(0.5)N_(0.5))的导电性;通过差分电荷密度图发现,W原子掺杂替换Ti会与C原子形成极性共价键,可以改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的固有力学性能。

高熵合金/陶瓷在Ti(C,N)基金属陶瓷中的研究现状与展望

Ti(C,N)基金属陶瓷因其具有良好的硬度、耐磨性和化学稳定性,成为制造业中不可或缺的关键材料,进一步提高金属陶瓷材料的强韧性对扩大其应用领域和应用规模具有十分重要的意义。本文阐述了Ti(C,N)基金属陶瓷的相结构特点,并重点综述了高熵合金/陶瓷在Ti(C,N)基金属陶瓷的黏结相和添加相成分设计和制备中的应用。对高熵合金/陶瓷在金属陶瓷的主要研究方向进行了总结展望:在Ti(C,N)基金属陶瓷中加入高熵合金黏结相后组织的演变和对材料性能的影响机理需进一步研究;同时高熵陶瓷添加相在Ti(C,N)基金属陶瓷中的作用及机理也是一个重要的研究方向。

激光定向能量沉积技术的研究现状与应用进展

激光定向能量沉积(LDED)技术作为一种前沿增材制造技术,在材料加工和产品制造领域展现出显著优势,综述了LDED技术的发展历程、基本原理、技术特点及其在多个工业领域的应用现状。LDED技术能够有效提升材料利用率、缩短制造周期,并实现复杂零件的直接制造,尤其在航空航天、汽车制造和医疗等领域具有广泛应用前景。通过仿真分析、在线监测和闭环控制策略,LDED技术进一步提高了成形精度和产品质量。随着LDED技术的成熟和优化,该技术有望在降低成本、提升性能以及推动制造业绿色转型方面发挥更大作用。

超高速激光熔覆Ni-cBN/(NiCoCr)_(94)Al_(3)Ti_(3)涂层的组织及性能

钛合金性能优越,但表面耐磨性差制约了其应用和发展。为了克服钛合金耐磨性差的缺点,采用超高速激光熔覆技术在TC11基体上制备(NiCoCr)_(94)Al_(3)Ti_(3)涂层并加入Ni包覆cBN颗粒,借助cBN颗粒的高硬度特性制备耐磨涂层。采用X射线衍射仪分析涂层物相,采用扫描电子显微镜(SEM)与能量分散谱仪(EDS)分析涂层组织,借助维式显微硬度计研究涂层截面硬度分布规律,利用摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性能。研究结果表明,Ni包覆cBN颗粒的加入会促进(NiCoCr)_(94)Al_(3)Ti_(3)涂层中Cr元素的偏聚,使富Cr相组织长大。当Ni包覆cBN颗粒的含量在5~15 wt.%时,涂层组织逐渐致密,涂层的硬度随Ni包覆cBN含量的增多而升高,但Ni包覆cBN颗粒含量到达20 wt.%时,涂层致密性降低,涂层的硬度也随之降低。涂层的摩擦因数随Ni包覆cBN含量的增加而升高,耐磨性也随含量的增多而增强。15 wt.%Ni包覆cBN涂层的综合性能最佳,硬度达到1024 HV_(0.5),摩擦因数为0.534,磨损体积0.017 mm3,涂层耐磨性是未添加Ni包覆cBN颗粒涂层的2.8倍。Ni包覆cBN颗粒的加入可以提升涂层的耐磨性,为cBN在耐磨涂层的研究及应用提供参考和借鉴。

IN718激光熔覆Co-WC/Cu复合涂层组织与摩擦学性能研究

为提高IN718高温合金运动部件在极端环境中的服役寿命,采用激光熔覆在其表面制备了Co (S1)、Co-5%WC-5%Cu (S2)和Co-5%WC-15%Cu (S3)(质量分数)这3种耐磨减摩复合涂层,系统分析了复合涂层的显微硬度以及室温(RT)和600℃环境中的摩擦学性能.结果表明:溶解的WC重新凝固析出碳化物,起到第二相强化的作用,未溶解的WC边缘析出针状物与Co基基体稳固结合.在室温下Cu可以充当固体润滑剂(Cu膜),在600℃下由CuO氧化膜以及Cu膜起减摩作用. 3种涂层的显微硬度均是基体(268.89HV0.5)的1.7倍以上,分别是478.69HV0.5、481.73HV0.5和458.51HV0.5.摩擦学性能明显优于基体,其中S2涂层在室温和600℃环境下均拥有优异的耐磨性,分别提高84.4%和64.9%,减摩效果最好的是S2涂层(RT)和S3涂层(600℃),分别提高26.9%和26.7%.室温下3种复合涂层的磨损行为由氧化和疲劳磨损主导,600℃时由氧化和黏着磨损主导.

晶化时间对铝合金超疏水复合膜减粘脱附性能的影响

用水热法对铝合金微弧氧化膜(MAO)进行12、24、36 h晶化处理,使其表面负载水滑石(LDHs)微粒,再用水浴法对MAO-LDHs复合膜进行十六烷基三甲氧基硅烷(HDTM)疏水改性,获得MAO-LDHs-HDTM超疏水复合膜,探究不同晶化时间对超疏水复合膜的减粘脱附效果。结果表明:随晶化时间的增长,“片状”和“针状”物LDHs晶体在MAO膜的表面孔隙原位生长,特征峰的峰值与晶化时间成正比,MAO-LDHs-HDTM复合膜的静态接触角均大于150°,达到超疏水效果;相较于铝合金基体,MAO-LDHs-HDTM超疏水复合膜硬度显著增强;土壤粘附测试中,3种不同晶化时间复合膜受到的阻力均值随土壤含水率的增加而下降,在15%含水率土壤中,晶化时间为12 h的复合膜和25%含水率土壤中,晶化时间为24 h的复合膜土壤粘附情况更优。

Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料微细电火花加工试验研究

为研究电火花加工Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料工艺参数对工艺性能的影响,设计了混合2-3水平正交试验方法。研究加工极性、极间电压、最大放电电流、增益、脉冲频率、脉宽、放电间隙与电极长度损耗、电极轮廓损耗、材料去除率之间的规律。通过极差分析,获得了工艺参数对工艺性能的影响趋势。结合方差分析,表明加工极性对电极损耗有显著影响,极间电压、最大放电电流显著影响材料去除率。综合三项工艺性能,最优的参数组合为负加工极性、130 V极间电压、50 A最大放电电流、45增益、150 Hz脉冲频率、1.0μs脉宽、放电间隙40μm。

Nb掺杂对Mo_(2)FeB_(2)弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo_(2)FeB_(2)具有耐高温、耐磨、高强度,是一种良好的硼基金属陶瓷材料,在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法,研究了Nb元素掺杂Mo_(2)FeB_(2)合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明,Nb在Mo_(2)FeB_(2)中更容易占据Fe位置,并且在Fe位掺Nb的Mo_(2)FeB_(2)比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外,计算结果还表明,Nb掺杂可以提高Mo_(2)FeB_(2)的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度,但塑性略有下降,合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明,Nb掺杂Mo_(2)FeB_(2)力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.

Nb_(2)O_(5)含量对原位碳热还原法制备的Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以原位碳热还原法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Nb_(2)O_(5)添加量对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响规律。结果显示:当添加Nb_(2)O_(5)的质量分数由0增加至2.80%时,金属陶瓷硬质相晶粒明显细化,显微组织中“白芯-灰环”晶粒数量增多;室温抗弯强度、硬度、临界热震温差和高温抗弯强度有所增加,但断裂韧性略微降低。随着Nb_(2)O_(5)的添加量继续增加,金属陶瓷显微组织中出现孔洞,室温抗弯强度、硬度、临界热震温差、高温抗弯强度和断裂韧性均不断下降。当Nb_(2)O_(5)的添加量为2.80%时,金属陶瓷表现出最佳的综合力学性能,其室温抗弯强度、硬度、断裂韧性、临界热震温差和高温抗弯强度分别为:2439MPa、90.6HRA、12.8MPa•m^(1/2)、360℃、1519MPa。

煤矸石-铝基陶瓷复合材料的制备与性能分析

以煤炭生产废弃物煤矸石为原料,在煅烧和球磨后按不同质量分数(5%~35%)与不同粒度铝粉(5μm,45μm)混合,经过烧结制备了陶瓷增强铝基复合材料。研究了煤矸石添加量和铝粉粒度对陶瓷增强铝基复合材料的相组成、机械性能和微观结构的影响。结果表明:交错柱状莫来石和网状交错氮化铝晶须起到增强作用;随着煤矸石的加入,陶瓷相含量增加,煤矸石的加入使材料内部孔隙增多,主要原因是它在加热时发生反应,导致体积变化。该研究为陶瓷增强复合材料的制备及煤矸石的再利用提供了重要参考价值。

稀土掺杂热障涂层体系及其荧光效应研究现状与发展趋势

稀土掺杂热障涂层是指将稀土元素掺杂到热障涂层(ThermalBarrierCoatings,TBCs)陶瓷面层中,不仅可以在一定程度上改善热障涂层的隔热性能和力学性能,还可以赋予其荧光特性,利用其荧光特性可以实现温度测量、热历史追踪、无损检测等方面的应用,从而达到寿命预测的目的。重点围绕国内外稀土荧光效应在热障涂层中的研究和发展趋势进行了系统阐述,分别介绍了稀土掺杂热障涂层的结构以及荧光效应在时间效应和强度效应上的检测原理,分析了热障涂层稀土掺杂原理及其制备工艺,讨论了稀土元素的掺杂对热障涂层热力学性能以及抗CMAS(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、SiO_(2))腐蚀性的影响,阐述并分析了基于稀土荧光效应的热障涂层在荧光测温、热历史传感器和无损检测等方面的研究和应用,为后续基于稀土荧光效应的热障涂层研究和应用奠定了理论基础,最后对基于稀土荧光效应的热障涂层今后需要解决的问题和发展方向进行了展望。

压制压力对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响研究

采用不同的压制压力制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷生坯,研究低压烧结后金属陶瓷的微观组织、收缩性和力学性能。结果表明:当压制压力过低时,粉末排列不紧密,金属陶瓷组织不均匀;当压制压力过高时,金属陶瓷组织发生分层,孔隙度和缺陷增加。当压制压力为180 MPa时,得到的纳米Ti(C,N)基金属陶瓷最为致密,其相对密度为97.06%,收缩系数为1.23,孔隙率最低,为A02B00C00;同时,该金属陶瓷具有最优异的综合力学性能,其中维氏硬度为1680 HV_(30),抗弯强度为1650 MPa,断裂韧性为8.8 MPa·m^(1/2)。

酸洗搪瓷钢密着性能影响关键因素研究

为提高酸洗搪瓷钢的密着性能,研究了酸洗搪瓷钢密着性能的影响因素,包括烧搪时间、脱脂效能、表面色差和表面粗糙度,对不同脱脂程度、表面状态及粗糙度的试样进行涂搪和烧搪,并采用落球冲击法对密着性能评级。结果表明:在850℃进行烧搪时,烧搪时间从5 min延长至10 min,密着等级从2.0级提高至1.0级。同时,烧搪5 min时,脱脂不充分、保护渣增碳所致色差和降低粗糙度都会降低钢板和瓷釉之间的密着性能,其中脱脂不充分和色差的影响可通过延长烧搪时间至10 min进行改善,但延长烧搪时间后,粗糙度对密着性能仍存在显著影响。

Nb添加量对金属陶瓷显微组织和磁学性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷具有硬度高、耐蚀性好及密度低等一系列优点,在工业领域具有广泛的应用前景。但它室温时易呈铁磁性,阻碍了其进一步推广应用。采用粉末冶金法制备了系列TiC-l0TiN-xNb-30Ni-4C(摩尔分数)金属陶瓷,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、物理性能测试系统(PPMS)、洛氏硬度计和万能试验机研究了金属陶瓷的磁学性能、力学性能以及显微组织在不同Nb添加量下的变化。结果表明,所有金属陶瓷由陶瓷晶粒和Ni基粘结相组成,添加的Nb组元在烧结过程中基本完全固溶于粘结相和陶瓷相。整体上,陶瓷晶粒随着Nb添加量的增加变细。未添加Nb的金属陶瓷呈现典型的铁磁性,当Nb添加量为8%(摩尔分数)时,金属陶瓷转变为顺磁性。随着Nb添加量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的室温饱和磁化强度和剩磁都呈现下降趋势,然后逐渐趋近于0。Nb含量的增加,也使得Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度呈现先增加后逐渐减小的趋势。当Nb含量为4%(摩尔分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷保持较好的抗弯强度(1 470 MPa)和硬度(87.0 HRA)。研究可为制备无磁金属陶瓷提供一定的理论依据。