激光熔覆Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究

目的 解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法 采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al_(2)O_(3)含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。结果 复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al_(2)O_(3)颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成。随着Al_(2)O_(3)含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。在Ni-x%Al_(2)O_(3)(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1026.3HV,腐蚀失重速率为0.15mg/(cm2·h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6m V和38.6μA/cm2。当继续增加Al_(2)O_(3)的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。研究表明,Ni-x%Al_(2)O_(3)(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。结论 激光熔覆Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命。

热通道内典型碳氢燃料的热解结焦行为

燃料分子结构是影响主动冷却通道内热解结焦过程的重要因素。在预氧化的STS304(Φ3.0 mm×0.5 mm×1.0 m)流动反应管内,600~800℃、1.0 MPa下对比了正庚烷(nC_(7)H_(16))、异庚烷(iC_(7)H_(16))、甲基环己烷(MCH)、正十二烷(nC_(12)H_(26))、甲苯(A_(1)CH_(3))的热解结焦行为。实验定量获取了热解气液产物并计算了燃料反应热沉,通过称重法对比了非稳态结焦特性和沿程结焦分布规律。结果表明,较低温度650℃下链烷烃的转化率较高,环烷烃次之,A1CH3在高于775℃转化率骤增。低温下MCH和nC_(12)H_(26)结焦速率较低,高温下MCH和A_(1)CH_(3)的结焦速率显著提高。直链烷烃裂解双烯含量最高,稳定的环状结构均有利于提供高热沉。iC_(7)H_(16)比nC_(7)H_(16)更稳定且结焦趋向更弱,但甲基的存在,产物烷烃化程度增加。五种典型燃料的结焦过程均呈现三阶段非稳态生长规律,低温下链烷烃结焦速率较大,高温下MCH和A_(1)CH_(3)结焦贡献显著提高。

氧化镱掺杂氧化铪陶瓷的高温相稳定性与热膨胀性能

燃气涡轮发动机推重比的提高依赖于发动机工作温度的提升。目前,寻找比传统YSZ(氧化钇部分稳定的氧化锆)材料耐受温度更高,与镍基基体热膨胀系数匹配的新型热障涂层陶瓷材料是首要任务。采用水热法合成一系列氧化镱掺杂氧化铪(YbSH)纳米粉体,并通过固相烧结制备出YbSH陶瓷,分析了YbSH粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制,测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析Yb_(2)O_(3)掺杂HfO_(2)粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制;并借助热重-差热分析仪(DSC-TG)、热膨胀分析仪(TMA)测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。结果表明,水热合成粉体的粒径在10 nm以下,分布均一,多数呈正方体形状,结晶状态好,制备的烧结陶瓷致密度可达95%以上;晶体学分析得出,Yb(Ⅲ)离子通过取代Hf(Ⅳ)离子的位置,使氧化铪发生晶格畸变,以置换固溶的方式使HfO2的空间群从单斜相的P21/c畸变到萤石立方相Fm3m。氧化镱掺杂量的增多使氧化铪逐渐失去单斜相结构,12 mol/mol以上的氧化镱的掺杂可使氧化铪成为完全立方相,通过使阳离子网络的膨胀和氧空位的产生,有效缓解氧过度拥挤的情况,使立方萤石结构的HfO2稳定在室温下。通过高温热处理和监测升温过程中YbSH的热量变化,该立方相结构在室温至1500℃表现出良好的稳定性;YbSH陶瓷热膨胀系数随着立方相含量的增多从6.016×10^(-6)℃^(-1)增大至10.14×10^(-6)℃^(-1)(25~1500℃),其中20 mol/mol氧化镱掺杂的YbSH陶瓷的热膨胀系数可达10.5×10^(-6)℃^(-1)(1000~1200℃),比纯氧化铪热膨胀系数提高67.22%。

铝合金表面激光熔覆镍基复合涂层的组织与磨损性能

利用SEM、EDS、磨损试验机及硬度测试仪等设备对铝合金表面激光熔覆层的组织与磨损性能开展了研究。结果表明,当扫描速度为5 mm/s时,熔覆层气孔、裂纹等缺陷相对较少;在熔覆层顶部生成了许多块状及网状的Ni-Al金属间化合物,中部生成了(Ni,Cr,Fe)xCy金属间化合物,底部存在大量具有明显生长方向性的柱状α-Al枝晶。熔覆层顶部及中部保持着高硬度值,中部硬度最高值达8200MPa,是熔覆层底部硬度值的5倍以上。硬度值在熔覆层中部的末端开始显著下降。熔覆层的摩擦系数根据载荷不同其值在0.37~0.43间变化,并随着载荷增加而有所降低。Ni-Al和(Ni,Cr,Fe)xCy金属间化合物等强化相在熔覆层中的生成及其在在熔覆层中上层的均匀分布是改善材料硬度及磨损性能的主要原因。

超声振动法制备半固态TiAl_3/A356复合材料浆料的微观组织演变（英文）

利用超声振动法制备半固态TiAl_3/A356铝基复合材料浆料,利用扫描电镜和X射线衍射技术研究了超声温度,超声时间和超声功率对半固态TiAl_3/A356铝基复合材料浆料的微观组织的影响。结果显示,初生α-Al颗粒的尺寸随着超声温度和超声功率的降低而减小;随着超声时间的增加,先减小后增大。当超声温度为608℃、超声功率为1000 W、超声时间为60 s时,获得的半固态浆料组织中的初生α-Al颗粒形貌较为理想,平均初生α-Al颗粒尺寸为62μm,形状系数为0.8。微观组织演变的机理是空化效应和声流效应引起的形核率和过冷度的增加。此外,原位生成的TiAl_3颗粒有很强的结合α-Al颗粒的能力。

电弧微爆法制备球形WC-Co合金粉及应用验证

钨是一种战略性资源,随着钨合金(主要是硬质合金)用量逐年增长,生产使用过程的浪费、现行再生技术的环境污染等问题,导致钨自然资源储备逐渐紧张,对废旧硬质合金的高品质绿色再生技术需求迫切。采用废旧硬质合作为原材料,首先研究了一种新型电弧微爆制备金属粉末的关键技术和设备,直接再生出增材制造领域用WC-Co合金粉末。其次研究了该方法再生的WC-Co合金粉末特性及微观结构,结果显示WC-Co单个粉末为球形合金粉末,成分均匀。最后,制备出的WC-Co合金粉末初步在激光熔覆和热喷涂领域进行了验证性应用,样品验证耐高温和耐磨性得到提升。