中−低温循环对2A14铝合金力学及疲劳性能的影响

国内对航天用2A14铝合金在中-低温循环条件下力学及疲劳性能的变化规律研究不足,为掌握该材料在上述工况下的力学表现及疲劳损伤情况,对2A14铝合金开展了室温—低温(-196℃×4 h)—室温,室温—中温(150℃/180℃×0.5 h)—室温两种工况循环条件下的力学、疲劳性能及组织变化规律研究。结果表明,在上述两种工况下循环5次,2A14铝合金的晶粒尺寸、粗大相形貌及分布均无显著变化,仍保持高强度及良好的塑韧性;随着应力幅值的降低,2A14铝合金的疲劳寿命逐渐延长;应力比为-1时,2A14铝合金的疲劳极限为150~175 MPa,上述两种工况下循环5次,不会改变2A14铝合金的韧性断裂机制。

镍基高温合金电子束焊接热影响区微裂纹特征分析

利用金相分析和扫描电镜对镍基高温合金电子束焊接热影响区微裂纹行为进行了分析。研究发现,熔合线附近的热影响区产生大量液化裂纹和沿晶扩展的固相裂纹。液化裂纹起源于MC碳化物的组份液化而形成的晶界连续或半连续的低熔点共晶液化膜,固相裂纹形成的则是高能电子束流的快速瞬态热冲击效应的直接结果。通过改善焊缝成形和提高焊接线能量有助于减小两类热影响区微裂纹倾向。

梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石膜的耐磨性影响

目的分析不同类型的梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石涂层耐磨性能的影响,制备出能有效改善硬质合金减摩抗磨性能的类金刚石涂层。方法采用真空阴极电弧离子镀和等离子体增强化学沉积技术,在硬质合金基底上制备了Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型的Ti多元梯度过渡类金刚石涂层。通过GNEHM-150型洛氏硬度计和电子显微镜、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、纳米硬度测试仪,分别评价不同类型多元梯度过渡层对硬质合金类金刚石涂层的膜基结合强度、摩擦磨损性能及纳米硬度。结果 Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型涂层的膜基结合强度等级分别为HF3-HF4、HF5-HF6、HF1-HF2、HF1,对两种膜基结合强度较好的涂层(Ti/TiN/TiNC/DLC、Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC)进行摩擦磨损检测,其摩擦系数分别为0.2、0.1,且经过60 min对摩,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC涂层仍未出现明显剥落。结论梯度过渡层的类型对薄膜的膜基结合强度、摩擦性能有较明显的影响,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC结构的涂层膜基结合强度最好,具有最低的摩擦系数,表现出了优异的减摩抗磨性能,可有效改善硬质合金表面的耐磨性能。

纳米TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理

采用纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具对新型难加工材料AerMet100钢进行高速铣削试验,并对实验获得的数据从刀具磨破损形态及其磨损机理两方面进行系统地分析和研究.研究表明纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具在高速面铣削AerMet100钢时磨损破损形式主要为前刀面磨损、后刀面磨损、涂层材料的破损、微崩刃、边界沟槽磨损和贝壳状崩落;磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.此外,研究发现,高速铣削AerMet100钢时,由于工件材料中的Co含量较高,刀具中的Co元素不但没有扩散流失,反而增加.

稀土CeO_2作为添加剂制备in situ TiC/Al基复合材料

以稀土 Ce O2 为活性添加剂 ,用原位接触法 +铸造法制备 Ti C/Al基复合材料 .实验表明 :添加适量稀土 Ce O2 制得的 Ti C颗粒平均直径为 2 .2 μm,得到了明显的细化 ;Ti C颗粒在铝基体中均匀分布 ,且没有脆性相 Al3 Ti生成 ;

激光-电弧复合热源焊接

在激光热源的基础上复合电弧进行焊接,可以降低焊接成本,提高焊接效率。本文综述了激光-电弧复合热源焊接国内外研究的现状,对旁轴式和同轴式两种复合方式进行了分析比较,并展望了该技术的发展前景。

溅射技术与基体偏压对TiB_(x)涂层结构和力学性能的影响

目的改善TiB_(x)涂层的残余应力,提高其力学性能。方法采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiB_(x)涂层。通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiB_(x)涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的表面形貌、组织结构特征、相组成和择优取向,通过sin^(2)ψ法、纳米压痕仪和洛氏压痕法分别测试TiB_(x)涂层的残余应力、纳米硬度和膜层/基体结合强度。结果溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的组织结构和力学性能都有着显著的影响。在基体旋转条件下,不同溅射技术和基体偏压制备的涂层均呈现出TiB_(2)-(001)择优取向。随基体偏压的升高,涂层的残余应力呈现出先增大、后减小的规律。偏压相同时,HiPIMS技术制备的TiB_(x)涂层具有最高的残余应力。随着基体偏压的增加,TiB_(x)涂层的纳米硬度和弹性模量不断增加,在偏压为–130 V时,Hybrid-TiB_(x)涂层具有最高的纳米硬度(40.1GPa)。偏压相同时,dcMS-TiB_(x)和Hybrid-TiB_(x)涂层表现出优异的膜层/基体结合强度(HF1-HF2级),而HiPIMS涂层表现出较差的膜层/基体结合强度(HF1-HF4级)。结论溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的微观组织结构和力学性能有着重要的影响,Hybrid模式结合了dcMS模式和HiPMS模式的优点,Hybrid-TiB_(x)涂层呈现出最优的综合力学性能(高的纳米硬度、沉积速率和膜层/基体结合强度)。

调制周期对CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层抗冲蚀性的影响

目的在砂粒环境下,改善TiAlSiN硬质涂层于高角度下的抗冲蚀性能。方法采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术,制备不同调制周期下的CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层。应用电子扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和划痕仪对涂层的显微结构、物相组成、纳米硬度、弹性模量以及结合力进行分析,于冲蚀试验平台对涂层抗冲蚀性能进行评价(Al_(3)O_(2)砂粒平均粒径为50μm,冲蚀速度为30 m/s,角度为90°)。结果涂层结构致密,由面心立方结构c-(Ti,Al)N、c-Cr、c-CrN和六方h-Cr_(2)N相构成。随着CrN_(x)子层结构的引入,TiAlSiN子层对应的(220)取向逐渐消失,(111)衍射晶面逐渐呈现。随着调制周期减少,CrN_(x)子层对应的h-Cr_(2)N(300)和c-CrN(220)衍射峰强度表现出先逐渐降低、后缓慢增加的规律。涂层结合变化幅度不大,处于68~71 N。虽然纳米硬度和弹性模量逐渐下降,分别从(37.5±0.46)GPa和(339.92±1.85)GPa下降至(31.2±0.40)GPa和(267.50±7.98)GPa,但H/E韧性指标逐渐增加,从0.110增加至0.116。在最小调制周期下,涂层表现出最优抗冲蚀性能,其冲蚀速率仅TiAlSiN硬质涂层的1/5。结论调制周期的减少增加了涂层界面数目,对扩展的裂纹起到了很好偏转作用,提升了涂层韧性,贡献了涂层抗冲蚀性能。在砂粒反复冲击作用下,于涂层中产生了交互作用的横纵裂纹,致使涂层以碎屑脆性剥落机制而失效,破坏特征表现为逐层剥落。

C_(2)H_(2)气体流量对WC-DLC涂层结构与性能的影响

文章采用直流磁控溅射技术制备WC-DLC耐磨涂层,为了探究C_(2)H_(2)流量对WC-DLC涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响,在10−50 mL/min C_(2)H_(2)流量下制备了WC-DLC涂层并进行表征分析。结果表明,随着C_(2)H_(2)流量的增加,涂层中碳含量增加,晶粒逐渐细化,由柱状晶逐渐转变为细晶粒,涂层变得更加致密;涂层纳米硬度与sp3杂化的C原子含量密切相关,随着涂层中sp3-C含量的增加,硬度先升高然后降低,磨损率也先升高降低;随着碳原子含量升高,涂层中出现大量的非晶碳,表面晶粒非晶化,涂层的摩擦系数逐渐减小且更加稳定。

透紫外隔热银基复合多层膜的结构设计和光学性能

综合分析材料的能带结构及内光电效应,利用金属膜诱导透射定理设计并制备了几种透紫外隔热纳米多层膜.该多层膜系具有较高的近紫外透过率和优异的红外反射性能,在紫外固化的应用峰值365 nm处透射率高达80%,而对于波长在1 600 nm的红外波段反射率超过了90%,可用于紫外固化中有害热量的防护,提高固化质量.采用传统的真空蒸镀工艺获得较好膜层质量,膜系采用非晶TiO2与金属Ag交替生成TiO2/Ag/TiO2三明治结构.对比分析了膜层结构对其光学性能的影响,并利用变角椭圆偏振仪(VASE)分析了多层膜的界面。结果表明,Ag/TiO2界面明晰,无过渡层和界面反应层.

溅射工艺参数对TiAlSiN涂层硬度及膜基结合力的影响

近年来超硬涂层的出现,为高速切削、干式切削的高质量刀具的发展,提供了契机。本文开展了磁控溅射法制备TiAlSiN涂层的工艺研究,在不同工艺下,获得了厚度2.0-4.0μm的TiAlSiN涂层,运用纳米压入硬度测试仪、划痕仪和洛氏硬度计等对涂层性能进行表征,研究了制备工艺参数对涂层硬度、膜基结合力的影响规律。结果表明：随着氮氩比、沉积温度和基体负偏压的增大,纳米硬度和弹性模量都是先升高后降低。靶基距为8 cm、温度为100℃、氮氩比为1/3、靶电流为1.5 A、基体负偏压为-100 V时涂层的平均纳米硬度超过40 GPa,达到了超硬水平;涂层与高速钢基体的膜基结合力随着靶基距的加大而降低,随着磁控电流的增大而增大;在沉积温度和基体负偏压由低到高变化时,涂层结合力变化趋势一致,都是先升高后降低。

直流磁控溅射Ti-Si-N超硬纳米复合膜的结构与力学性能

采用Ti-Si复合靶在321不锈钢基体上用直流磁控反应溅射方法制得超硬纳米复合Ti-Si-N膜层,并借助能谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)、X光电子谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、纳米压入仪和划痕仪对膜层的成分、结构和力学性能进行了分析.结果表明:随着膜层中Si含量的增加,Ti-Si-N膜的硬度逐渐升高,当a(Si)=11.2%时达到峰值42 GPa;随着Si含量的进一步增长,膜层硬度开始下降.XRD和XPS结果显示,最硬的Ti-Si-N膜层包含大小约为8 nm的TiN纳米晶以及包围在其周围的非晶态Si3N4.XRD结果显示,随着Si的引入,膜层中TiN晶粒的择优取向由纯TiN膜层中的(111)变为Ti-Si-N膜层中的(200).划痕实验也显示了Si的添加对膜层结合力的影响.最后对该纳米复合膜的强化机制进行了探讨.

涂层硬质合金刀具切削钛合金仿真研究

采用Abaqus/Explicit显式有限元分析软件,通过建立不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层刀具,来进行正交切削TC4过程的计算机仿真。通过TC4钛合金材料的二维正交切削过程的仿真,得到并研究了切削过程中涂层刀具应力及温度的分布,同时通过对比不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层的刀具的模拟结果,系统地分析了涂层对切削过程主切削力的影响。此外,通过对有限元仿真的结果分析,为刀具涂层厚度及过渡层比例的优化,以及之后的刀具涂层制备实验工艺提供了重要参考。

Ti/TiN复合膜工艺优化及性能研究

利用正交试验和极差分析方法,分析了多弧离子镀Ti/TiN复合膜中工艺参数(弧电流、氮气分压、基体负偏压、钛过渡层厚度)对Ti/TiN复合膜的纳米硬度和膜与基体的结合力的影响及主次关系,并通过正交试验对工艺参数进行了优化。研究表明,氮气分压和弧电流是影响Ti/TiN复合膜纳米硬度的2个最主要因素,膜层与基体的结合力随着弧电流的增加而下降;升高基体负偏压,虽然可以提高Ti/TiN复合膜纳米硬度和膜与基体的结合力,但是高负偏压将急剧升高基体温度,可能导致基体退火;沉积一定厚度的钛过渡层可以显著提高TiN膜层与基体的结合力。

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的沉积条件对TiN涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对TiN涂层的微观组织结构和性能的影响,提高TiN涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法采用不同的溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积TiN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin2ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了TiN涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果不同溅射技术制备的TiN涂层均为柱状晶结构和TiN(111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7 GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的TiN涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,TiN涂层的摩擦因数约为0.53。TiN涂层的磨损率随着温度的升高而升高,在不同温度下,Hybrid-TiN涂层均呈现出最低的磨损率。结论溅射技术对TiN涂层的组织结构和力学性能有着重要影响,Hybrid-TiN涂层呈现出最优的综合力学性能和高温摩擦磨损性能。

电子束物理气相沉积叶片热障涂层工艺稳定性提升技术研究

电子束物理气相沉积(EB-PVD)是航空发动机涡轮叶片涂层的先进制备技术。EB-PVD的工艺稳定性对于叶片涂层质量及批产一致性至关重要。本研究针对我国先进航空发动机对高性能热障涂层的应用需求,研制出了EB-PVD自动蒸发沉积技术和叶片多自由度涂层沉积技术。工艺验证和性能测试结果表明,所研制的自动蒸发沉积技术可使涂层过程靶材消耗均匀稳定,涂层质量良好;双坩埚结构配置可进一步满足新一代超高温双层结构热障涂层工艺需求。所研制的多自由度沉积技术有助于提升叶片涂层厚度均匀性,改善缘板涂层质量,实现涂层厚度和微观组织的精确调控。利用上述工艺制备的涂层试片抗燃气热冲击性能优异,模拟叶片缘板位置涂层寿命与模拟叶身位置涂层寿命相近。

类金刚石碳膜的摩擦学特性及其研究进展

从类金刚石碳膜作为耐磨涂层的角度出发 ,综述了近年来国际上关于类金刚石碳膜摩擦学特性的大量研究 ,着重讨论了影响类金刚石碳膜摩擦学特性的主要工艺参数和因素 ,阐明了类金刚石碳膜与金刚石膜在性能上的差异 ,指出了类金刚石碳膜的发展现状和趋势 .

用于加工Inconel718的切削刀具发展现状

镍基高温合金Inconel718具有熔点高、热传导率低、加工硬化现象严重的特点,被认为是最难加工的金属材料之一。近年来,随着航空航天、能源动力技术的飞速发展,Inconel718高温合金的应用越来越多,其高速、高效切削的加工需求也日益扩张,其切削工艺的制定、尤其是切削刀具的选择越来越重要。本文综述了常用于加工In-conel718的刀具(高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼)及其涂层刀具的加工性能,分析了不同涂层对于刀具寿命和工件表面质量的影响,对硬质合金刀具和陶瓷刀具作了详尽的对比分析。最后,对高速钢、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼刀具切削Inconel718的应用情况进行了总结,给出了Inconel718高温合金切削加工刀具选择的有益参考。

真空阴极弧离子镀类金刚石碳膜

采用真空阴极弧离子镀的方法，以乙炔和氢气分别作工作介质，以氩气为稀释气体，研究了类金刚石碳（ＤＬＣ）膜的制备工艺及其结构和硬度．喇曼光谱分析表明，所得膜为典型的ＤＬＣ膜，表现为一个波数在１３００～１７００ｃｍ－１的宽峰，工艺不同，喇曼光谱曲线的形状也略有变化．ＳＥＭ分析表明所得ＤＬＣ膜结构致密光滑．纳米探头硬度表明，ＤＬＣ膜表面硬度均高于１０ＧＰａ．

真空阴极弧离子镀类金刚石碳膜Raman光谱研究

分别采用带有和不带有弯曲弧磁过滤器的真空阴极弧离子镀方法,在不同镀膜电流以及不同基片偏流下分别制备了类金刚石碳膜,对比了不同结构下类金刚石碳膜的Raman光谱特点。对其Raman光谱的D峰和G峰采用Gaussian-Lorentzion的几率分布进行了分峰,并着重讨论了基片偏流、弯曲磁场等沉积参数对膜结构的影响。结果表明,氩分压对膜结构影响不大,较大的偏流以及弯曲磁场的加入均有利于sp^3杂化碳键的形成。