低表面能氟碳聚合物涂层真空热循环及防爬移特性研究

低表面能氟碳聚合物涂层是一种抑制空间用油脂润滑剂爬移流失的关键材料,该材料的应用可为空间油脂润滑活动机构实现长寿命、高可靠运行提供技术保障。采用水接触角测试仪、X射线荧光能谱仪、光学显微镜等对自研的氟碳聚合物涂层进行了真空热循环前后的接触角、表面能变化以及对多烷基环戊烷(MACs)润滑油防爬移特性的研究。结果表明,9Cr18不锈钢、2A12铝合金和TC4钛合金三种不同金属基体表面涂覆聚合物涂层后的表面能分别为8.797 mN/m、9.083 mN/m和9.203 mN/m;在温度−45~+90℃下,经过30天、60次真空热循环后,涂层的表面能分别为8.915 mN/m、9.209 mN/m和9.266 mN/m,仍然较低。涂层与MACs润滑油之间存在明显界面,涂层上距离润滑油200μm界面处的XPS分析未发现MACs润滑油的特征峰,表明没有润滑油爬移扩散至涂层处,低表面能氟碳聚合物涂层对MACs润滑油能够起到有效的“防爬移”作用。

枪基距对悬浮液等离子喷涂YSZ组织结构的影响

目的研究三电极悬浮液等离子喷涂不同枪基距对涂层组织结构的影响。方法在DZ411高温合金表面制备铂铝涂层后,配制纳米氧化钇稳定氧化锆悬浮液,采用AXIALⅢ型悬浮液等离子喷涂设备,高能喷涂8YSZ热障涂层,探索不同枪基距对热障涂层组织结构的影响规律。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,分析YSZ沉积态和退火态陶瓷涂层的组织结构。结果喷涂所得的YSZ热障涂层呈花菜状,涂层均为非平衡t'相微纳米组织结构。随着喷枪与基体之间的距离增加,所获涂层的结晶度较好,粗糙度逐渐提高,菜花状颗粒尺度逐渐增大,涂层内部孔洞数量逐渐增加。涂层在1100℃退火后,出现不同程度的剥落、界面剥离以及横纵向裂纹搭接的现象。仅枪基距为105mm的YSZ涂层孔洞数量最多,且退火后并未出现明显的涂层剥离现象。结论利用三电极等离子喷涂纳米YSZ悬浮液获得花菜状热障涂层,探讨了枪基距的不同对涂层组织结构的影响,涂层厚度的增加使得涂层结晶程度增加、孔隙高、裂纹少,且膜基界面的热稳定性好。

基于中心复合设计的热喷涂层接触疲劳寿命预测研究

采用中心复合设计方法,研究服役条件对超音速等离子喷AT40涂层接触疲劳寿命的影响。基于回归分析原理,利用响应曲面方法建立了综合考虑转速、接触应力和滑差率的多因素寿命预测模型,并分析了转速、接触应力和滑差率对接触疲劳寿命的综合作用。研究结果表明:不同服役条件下AT40涂层的接触疲劳寿命具有相同的寿命分布;滑差率是影响接触疲劳寿命的主要因素,接触应力是次要因素,而转速的影响不显著;接触应力和滑差率的交互作用、转速和滑差率的交互作用均对接触疲劳寿命有显著影响。模型的显著性检验结果表明,所拟合的响应曲面回归模型具有较高的显著性,可用于表征转速、接触应力和滑差率与AT40涂层滚动接触疲劳寿命的关系。

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数。方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成及硬度分布。结果在不同激光扫描速度下,熔覆层表面呈不同程度黄色,微观组织均具有“上下细密、中间粗大”特征,其主要由针状α′马氏体、马氏体核心、α相集束、残余β相以及以TiC为代表的MC碳化物构成,Zr元素富集在基体与熔覆区的结合区;随着扫描速度的增加,Zr元素分布愈发不均匀,熔覆区内马氏体混乱、破碎程度加剧,显微硬度先增后减,7 mm/s时熔覆层与基体结合良好,硬度水平达到峰值600 HV,达TC4基体的2.5倍,熔覆质量最佳。结论:优化激光扫描速度,可以显著提升熔覆层的质量与综合性能;熔材中Zr元素以ZrO_(2)、ZrC以及固溶形式存在于熔覆区;马氏体间错位滑移阻力、TiC等增强相以及Zr元素固溶强化作用使显微硬度得以提升。

等离子喷涂Cu-18Pb-2Sn涂层的组织与性能研究

探究了不同等离子喷涂工艺参数下制备的Cu-18Pb-2Sn铜合金涂层组织和性能的变化,以及封孔处理对其组织和性能的影响。通过使用覆层测厚仪、光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、维氏硬度计、电化学工作站等设备和ImageJ软件对涂层的组织和性能进行观察和测试。结果表明,当电离电流较大、喷涂距离较小时,所得到的涂层厚度最厚,显微硬度最大。涂层表面较为平整,附着有少量的未熔颗粒。涂层组织呈片层状,含有部分未熔颗粒和孔隙等。涂层的孔隙率整体较低,均不超过4%,在进行封孔处理后,孔隙率进一步降低,最低仅为0.983%,各涂层的硬度和自腐蚀电位均有提高。

超音速等离子喷涂氧化锆热障涂层抗热冲击性能研究及评价

采用超音速等离子喷涂技术制备了氧化锆陶瓷涂层,进行了不同冷却介质(空冷/水冷)的循环热冲击试验,以试验循环次数来评价涂层抗热冲击性能,并利用SEM观察涂层表面及断口形貌,分析材料的抗热冲击机制。结果表明,空冷和水冷形式下的热冲击造成涂层断裂模式为脆性穿晶断裂,且断口形貌均呈"河流状"。造成涂层失效的原因是大温度梯度和涂层-基材热物性差异产生的应力,而应力导致了微裂纹产生最终失效。由于涂层材料与制备工艺的原因,涂层中存在的硬质颗粒使热冲击产生的微裂纹扩展路径发生偏转,提高了涂层断裂能,使得涂层抗热冲击性能提高。试验结果表明,氧化锆单层涂层空冷条件下的抗热冲击性能优于水冷条件,但整体抗热冲击性能偏低,有待进一步改善。

热处理工艺对铝硅-聚苯酯涂层可磨耗性能的影响

利用等离子弧喷涂工艺制备铝硅-聚苯酯封严涂层,对涂层进行300℃条件下的保温处理,然后进行组织结构、表面硬度、可磨耗性能的分析,并利用激光共聚焦显微镜进行失效机理的分析。结果表明,喷涂态的涂层中铝硅连接成框架结构,聚苯酯呈团聚态;经过200 h以上的保温处理后,聚苯酯出现缺失,同时内部出现裂纹,涂层变得结构疏松多孔;经过300℃×300 h保温处理后涂层的表面硬度下降约50%,单位时间内的磨损失重显著上升。

大气等离子喷涂NbC/TiH_(2)掺杂W基涂层组织与性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术在45钢表面分别喷涂了纯W涂层、掺杂1.5wt%NbC的W+NbC钨基涂层和掺杂1.5wt%NbC+1.5wt%TiH_(2)的W+NbC+TiH_(2)钨基涂层。研究了3种不同涂层的组织结构和孔隙率、热扩散系数及显微硬度。结果表明,3种涂层都呈典型的热喷涂层状结构;复合涂层中的第二相分布在涂层间隙,起到填充涂层孔隙和连接片层的作用。在3种钨基涂层中,单一NbC掺杂钨基涂层的性能最优,其孔隙率降低至12.16%,热扩散系数提高至53.34 mm2/s,显微硬度比另外两种涂层均高约100 N/m2。

等离子弧喷涂制备SOFC阴极的微观组织结构研究

SOFC阴极微观结构优化是解决中低温SOFC所面临的阴极材料催化活性下降的重要手段之一。本文采用等离子弧喷涂方法制备SOFC阴极,通过微观组织结构、成分分布等分析其微观结构特点,对比分别采用微米和纳米阴极LSCF粉末进行等离子弧喷涂所制备的SOFC阴极的微观结构,从而为等离子弧喷涂制备SOFC阴极微观组织结构优化提供指导。结果表明,等离子弧喷涂微米粉末所制备SOFC阴极微观结构多为片层结构,部分区域出现柱状晶体结构,能够为SOFC电化学反应提供更多的孔隙结构;采用纳米粉末进行等离子弧喷涂所制备的SOFC阴极中纳米结构主要包括纳米粉体材料中保留下的纳米晶粒以及喷涂过程中急冷所形成的纳米晶粒。

CuNiCoBe合金表面等离子弧喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层

利用等离子弧喷涂技术在结晶器CuNiCoBe基体上制备了Cr3C2-NiCr涂层,采用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层与基体结合强度的影响,对拉伸断面的形貌和涂层的显微结构进行了观察和分析。结果表明,影响Cr3C2-NiCr涂层与CuNiCoBe基体结合强度的主次因素依次为:送粉速率>主气流量>喷涂距离>喷涂功率;经正交试验优化后的喷涂工艺参数为:喷涂距离90 mm,主气流量56.6L/min,送粉速率20 g/min,喷涂功率25 kW;优化后,涂层与基体的结合强度可达18.5 MPa;涂层截面的显微硬度分布符合正态分布。

正交设计法优化等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备镍基碳化钨涂层,采用正交设计优化等离子弧堆焊工艺参数,以熔覆涂层表面成形质量、稀释率和硬度值作为考核指标,借助极差分析和方差分析研究离子气流量、送粉速度、电流、熔覆速度4个工艺参数对3个指标的影响规律。结果表明:对熔覆涂层成形质量影响的程度大小依次为:电流>离子气流量>送粉速度>熔覆速度;对熔覆涂层稀释率影响的程度大小依次为:电流>送粉速度>离子气流量>熔覆速度;对熔覆涂层硬度影响的程度大小依次为:离子气流量>电流>送粉速度>熔覆速度。最优工艺参数是:离子气流量1.0 L/min,送粉速度18 g/min,熔覆速度5 mm/s,电流80 A。在此工艺参数下镍基碳化钨涂层成形较好,稀释率为5.2%,表面宏观硬度达到HRC62.8,具有较好的耐磨性。

纳米CeO_2对铁基合金喷焊层组织和耐磨性的影响

采用等离子弧喷焊技术在Q235钢表面喷焊含纳米CeO2的铁基自熔性粉末。对喷焊层进行了显微组织、硬度和耐磨损性能的测试。结果表明,添加和未添加纳米CeO2的铁基合金喷焊层的主要组成相均为γ-(Fe,Ni)和(Cr,Fe)7C3,添加5.0%纳米CeO2的喷焊层中出现了(Cr,Fe)3C2相。此外,加入适量纳米CeO2可细化喷焊层的显微组织,提高喷焊层的硬度和耐磨性,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。

等离子喷涂W-TiC涂层的组织和性能研究

分别采用普通大气等离子喷涂和超音速大气等离子喷涂技术在低活化钢表面制备了添加1.5%TiC(质量分数)的钨基涂层。研究了涂层的组织和密度、氧含量、孔隙率和热导率等物理性能。结果表明,用两种工艺制备的涂层中,TiC主要分布于钨片层之间和未熔钨颗粒周围,对片层和颗粒起连接作用;与采用普通大气等离子喷涂制备的涂层相比,超音速大气等离子喷涂的W-TiC涂层的组织更加致密,氧含量降低了0.1%,孔隙率下降近一半,热导率提高至119.6 W/(mK)。

高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响

研究了高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响。结果表明:相对于亚微米YSZ涂层的细密柱晶结构,纳米YSZ涂层内有明显的层状结构和未熔颗粒存在,这利于降低涂层的热导率和提高涂层的隔热性能。在1100℃时,喷涂态的纳米涂层的热导率低于亚微米涂层,其中,SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂层的热导率最低(1.41W·m^-1·K^-1)。经过7次热循环后,APS(大气等离子喷涂)微米涂层的热导率升至最高(4.91 W·m^-1·K^-1),而SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂涂层热导率则降低至0.92 W·m^-1·K^-1。热循环初期,APS涂层隔热效果均高于SAPS涂层;热循环过程中,SAPS涂层的隔热温度升高,而APS涂层的隔热温度则下降。涂层的热导率与隔热变化趋势保持一致。

热处理对等离子熔覆层析出物与残余应力的影响

研究了热处理对等离子熔覆单、多道熔覆层中相成分和残余应力的影响。结果表明,热处理后熔覆层共晶区域与晶粒内部析出(Cr,Fe)_mC_n,300℃热处理后析出以(Cr,Fe)_7C_3为主,高温(900℃)热处理后析出相(Cr,Fe)_7C_3转变为(Cr,Fe)_(23)C_6。熔覆层中残余应力以热应力为主,颗粒相(Cr,Fe)_mC_n的析出以及颗粒相(Cr,Fe)_mC_n由亚稳定相(Cr,Fe)_7C_3转化为稳定相(Cr,Fe)_(23)C_6,均能有效减少熔覆层中残余应力。多道熔覆层在热处理300℃后残余应力减少52.6%。

石墨烯-铝合金复合材料放电等离子烧结法制备及其性能研究

采用SPS放电等离子烧结法制备石墨烯-铝合金复合材料,研究石墨烯含量分别为0、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%和5wt%时,复合材料的显微硬度、摩擦系数和磨损率。结果表明,SPS放电等离子烧结法制备的复合材料组织较为致密,石墨烯分散均匀。随着石墨烯质量分数的增加,复合材料的硬度先增大后减小,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的硬度达到最大值,为144.9 HV。随着石墨烯含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损量先减小后增大,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的摩擦系数和磨损量达到最小值,分别为0.31和0.0037 mm3。

基于支持向量机的热喷涂层接触疲劳寿命预测

针对热喷涂层接触疲劳寿命的预测问题,利用装备再制造技术国防科技重点实验室研制的新型接触疲劳/磨损多功能试验机(RM-1试验机),基于中心复合设计进行等离子喷涂Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)涂层(AT40涂层)受到接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下的接触疲劳寿命试验,并通过扫描电镜观察涂层的失效形貌。采用3σ准则检验接触疲劳寿命试验的可靠性,将黄金分割法与信息熵理论相结合,对训练集和测试集进行划分。基于支持向量机(SVM)原理,建立综合考虑接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的寿命预测模型。研究结果表明:在接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下,涂层的损伤失效主要是分层失效和表面磨损;采用中心复合设计方案得到的多因素接触疲劳寿命具有可靠性;基于SVM回归理论训练的预测模型具有较高的显著性,可用于表征AT40涂层接触疲劳寿命与接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的函数关系,为喷涂层接触疲劳寿命预测提供理论参考。

Al_2O_3-SiC复合涂层的制备及性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备了不同SiC晶须含量的Al_2O_3-SiC复合涂层,研究了晶须含量对涂层的微观结构、硬度和弹性模量等的影响。结果表明:随着喷涂粉末中SiC晶须的含量增大,Al_2O_3-SiC复合涂层的孔隙率增加,而涂层的显微硬度降低。随着与涂层/基体结合面距离的增加,涂层的显微硬度呈现先增加后降低的趋势。纳米压痕的测试表明,随压痕深度增加,涂层的弹性模量先增大后降低,最后趋于稳定。在现有的研究范围内,SiC晶须含量为10%的复合涂层的韧性优于5%和15%的复合涂层。

等离子Mo涂层用于机车车轴润滑材料研究

采用大气等离子喷涂技术在机车车轴材料上制备Mo涂层,以减小其摩擦和提高耐磨性能。对涂层的相组成、显微组织、硬度和摩擦性能进行表征。结果表明,Mo涂层的典型层状结构具有低的孔隙率,且无氧化发生。EA4T基材不受等离子热影响,涂层和基材之间不发生扩散和反应。Mo涂层的显微硬度达到520 HV。此外,Mo涂层显示出自润滑特性,且Mo涂层的摩擦系数和磨损损失均小于EA4T钢的。因此,采用等离子喷涂的Mo涂层可成为机车潜在的润滑材料。

基于等离子喷涂的采棉机摘锭表面强化研究

摘锭是水平摘锭式采棉机的核心采摘部件,其性能高低直接影响棉花采摘效率与采净率。通过对水平摘锭式采棉机摘锭的主要失效形式进行分析,提出了一种提高摘锭表面性能的新方法,即采用等离子喷涂技术对采棉机摘锭表面进行强化。通过对摘锭表面进行等离子喷涂复合陶瓷涂层试验,将其与传统加工热处理后的摘锭表面性能作对比。结果表明,经等离子喷涂后,摘锭表面硬度和耐磨性比传统加工热处理后的硬度和耐磨性显著提高。