热处理对一种磨球用新型铸钢的组织和性能的影响

制作了一种可用于磨球的新型含钼低铬合金铸钢;测定了经不同工艺热处理后钢的硬度和耐磨性;采用光学显微镜和扫描电镜观察了钢的组织和磨损面形貌。结果表明,钢的淬火硬度随着淬火温度的升高而提高,但淬火温度过高,硬度反而下降。从相同温度淬火后,钢的硬度均随着回火温度的升高而降低。经850℃油淬和300℃回火后,钢的组织为马氏体和少量残留奥氏体,具有较高的硬度和最好的耐磨性。

化学气相沉积制备硬质合金刀具涂层研究进展

化学气相沉积技术(CVD)广泛应用于硬质耐磨涂层的生产中,该类涂层可大大提高硬质合金工具的耐磨性和寿命。综述了CVD涂层技术在硬质合金切削刀具中的应用研究进展,首先介绍了CVD涂层技术的原理及其发展历程;其次阐述了模拟计算方法(相图计算、流体力学计算、第一性原理计算、相场模拟、机器学习等)在CVD涂层中的应用;再次介绍了CVD涂层的沉积实验及结构和性能表征方法;最后列举了几种典型的硬质合金刀具用CVD涂层,以期为高性能涂层的智能设计、智能集成和智能研发提供新的思路:即把多尺度计算模拟、科学数据库和关键实验集成到硬质涂层开发的全过程中,通过对成分-工艺-结构-性能进行关联分析,将耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的微结构智能设计上,以实现基体与涂层微结构调控和性能的协同优化,获得最佳的综合性能。

浅谈集成计算材料工程和材料基因工程：思想及实践

革新材料研发模式、加速材料研发进程并降低材料研发成本是世界各国共同关注的热点。集成计算材料工程和材料基因工程是近年来材料科学与工程领域新颖的理念和方法,二者均为新材料研究与开发带来了全新的认识与机遇。集成计算材料工程是材料基因工程的基本组成元素。材料基因工程主要包括高通量实验、高通量计算和材料数据库三大要素。材料基因工程将集成计算材料工程的理念扩展到了整个材料科学、技术与工程链条,贯穿于从新材料发现到应用的全部过程。作为新材料研发的新模式,集成计算材料工程和材料基因工程必将为新材料研发起到不可替代的作用。简要回顾了材料研究的发展历程及存在的主要问题,详细介绍了材料基因工程与集成计算材料工程之间内在联系与区别。通过4个应用实例(梯度硬质合金、CVD耐磨涂层、锂离子电池、铝合金),展示了集成计算材料工程和材料基因工程在材料研发中的强大功能,为材料设计和开发提供了新思路。最后展望了集成计算材料工程和材料基因工程未来发展的重点及趋势。

不同后处理对MT-TiCN涂层刀具组织与切削性能的影响

目的研究不同后处理工艺(包括热处理、湿喷砂和刃口处理)对MT-TiCN涂层组织与刀片切削性能的影响。方法采用中温化学气相沉积技术在硬质合金刀片上制备TiCN涂层;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪分析MT-TiCN涂层的组织形貌、相结构、硬度和弹性模量;在AISI 4340合金钢上进行车削试验。结果 MT-TiCN涂层呈柱状晶结构,涂层沿(422)晶面方向择优生长,且织构系数达5.5;涂层表面和断口平均硬度分别为26.6 GPa和30.7~31.8 GPa,平均弹性模量分别为528.6 GPa和467.7~494.4 GPa;在连续车削条件下,经湿喷砂处理的涂层刀片切削性能最佳;在低切深、低进给断续车削工况下,湿喷砂后又经热处理和刃口处理的涂层刀片使用寿命最长;湿喷砂后再进行热处理,对刀具的切削性能影响较小。结论湿喷砂和热处理对MT-TiCN涂层组织的影响较小;不同后处理工艺对涂层刀具切削性能的影响较大,这主要是因为刃口处理会减小涂层厚度同时提高涂层韧性。

B的原子分数对化学气相沉积TiBN涂层摩擦性能的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法在硬质合金刀片上制备了三种B的原子分数分别为10.1%,26.8%,52.0%的TiBN涂层,系统地研究了B的原子分数对于涂层形貌、力学性能和摩擦性能的影响。X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)检测结果表明,在B的原子分数低时,涂层以TiN相为主,伴有六方TiB2相和非晶BN相。随着B的原子分数的上升,TiN相减少,涂层以TiB2相为主,涂层断口也由无定形转变为柱状晶。B的原子分数的增加也对涂层硬度和摩擦性能有着明显的影响,三种涂层的硬度分别为37.8±1.6,39.7±0.8和41.7±2.9 GPa,摩擦系数也从0.511增加到0.705。B的原子分数达到52%的涂层因为其高硬度而有着最好的耐磨性,涂层磨损率为最低的49.4×10^(‒8)mm^(3)/(N·m),是几种成分中力学性能与摩擦性能最好的涂层。

不同氮气压力烧结对WC-TiC-NbC-Co硬质合金表面结构和性能的影响

采用不同氮气压力烧结制备WC-TiC-NbC-Co合金,再使用CVD方法进行涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、表面粗糙度仪和划痕测试仪对烧结后及涂层后的样品表面形貌、成分、物相、粗糙度及涂层结合力进行表征与测量。结果表明,与真空烧结相比,在氮气氛中烧结的WC-TiC-NbC-Co硬质合金样品的表面形成了以TiC相为主的梯度层,梯度层厚度随着氮气压力的升高而增大。当氮气压力为15 kPa时,梯度层厚度达到了10μm,当氮气压力为10 kPa时,样品与CVD涂层具有最好的结合力。说明适当的氮气压力可以在合金表面形成一定厚度梯度层,并有助于提高涂层结合力。

TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金组织结构及性能的影响

采用一步烧结法,通过改变原材料中TiN的添加量研究其对硬质合金组织结构及性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射分析仪、粗糙度测量仪、划痕测试仪等,探究TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金物理力学性能、微观组织结构、物相组成、表面形貌以及与涂层的结合力等性能的影响。结果表明:TiN添加量在0~1.6%范围内,随着TiN添加量的增加,合金的相对磁饱和强度和密度减小,矫顽磁力增大、硬度和抗弯强度增大,合金的脱β层厚度增加,表面粗糙度先减小后增加,与CVD涂层的结合力先增加后减小;当TiN添加量为0.8%时,合金与CVD涂层的结合力最好。

TiN/AlTiN纳米多层涂层组织与性能的研究

采用阴极弧蒸发涂层工艺在硬质合金基体上沉积了TiN/AlTiN纳米多层涂层。利用光学显微镜、SEM、XRD、显微硬度计和划痕测试仪、纳米压痕仪,分析了涂层的组织形貌、纳米调制周期、化学成分、物相组成、结合强度和硬度,并对涂层硬质合金刀片进行了铣削合金钢的切削性能测试。研究结果表明:TiN/AlTiN纳米多层涂层具有致密的柱状晶结构,保留了AlTiN单层涂层的(200)择优取向。大尺寸熔滴Ti含量高、小尺寸熔滴Al含量高,涂层中Al含量低于靶材。调制周期为18.4 nm的TiN/AlTiN纳米多层涂层具有良好的结合强度(>100 N)和高的硬度(28.2 GPa)。相同涂层厚度的情况下,TiN/AlTiN纳米多层涂层具有比同类单层涂层更高的耐磨性,表现出更好的切削性能。

多弧离子镀技术及其在切削刀具涂层中的应用

主要介绍了多弧离子镀技术的工作原理、特点和研究进展,分析了多弧离子镀的主要工艺参数与涂层性能之间的关系,最后说明了多弧离子镀技术在切削刀具涂层中的应用。

电磁强化处理对硬质合金涂层刀具组织及性能的影响研究

研究了电磁强化处理对硬质合金涂层刀具物理性能、微观组织、残余应力及切削性能的影响。结果表明,电磁强化对硬质合金磁性能及力学性能均无明显影响,却使刀具寿命提升了18.9%,相同切削时间的后刀面磨损量减小了27%。通过XRD测试刀具残余应力,结果表明电磁强化降低了刀具刃边的残余应力。通过SEM表征刀具微观组织,发现电磁强化提高了材料致密性,减少了微裂纹数量,从而可提高刀具的抗崩损能力。此外,电磁强化刀具切削表面吸附的球形纳米氧化物颗粒起到了减少摩擦、提升刀具抗磨损能力的作用。

α-sialon陶瓷的研究进展

sialon陶瓷因其具有优异的高温机械性能而受到了广泛的关注。它主要有α和β两种晶体结构,一般认为,β-sialon为长棒状,具有较高的断裂韧性,而α-sialon为等轴状,具有较高的硬度,但断裂韧性较低。近些年来,很多学者展开了α-sialon陶瓷增韧技术的研究,一方面是通过材料组分设计、选用不同的烧结助剂及调整烧结工艺等,制备出具有长棒状晶粒形貌的高强、高断裂韧性的α-sialon陶瓷,另一方面是通过掺杂第二相制成复合陶瓷来增加其韧性,使其能作为切削工具用于铸铁、镍基等高温合金的有效加工,拓宽了α-sialon陶瓷的应用领域。本文对长棒状α-sialon陶瓷的制备、复合α-sialon陶瓷的制备及其高温抗氧化性能性能及性能影响因素进行了综述。

硬质合金及耐磨涂层：理论设计及产品开发（Ⅲ）

热力学和第一性原理计算在材料设计方面发挥着重要的作用,通过这些理论预测能够快速确定材料工艺-成分-结构-性能之间的关系。本文主要介绍了热力学计算在化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)涂层以及第一性原理计算在物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,简称PVD)涂层设计开发方面的应用,并以CVD TiSiN和PVD纳米多层TiAlN/ZrN新型涂层开发为例,详细阐述了热力学和第一性原理计算的具体作用。理论计算与关键实验验证相结合是提高耐磨涂层研发效率与质量的有效途径,同时也是未来新型耐磨涂层开发的发展趋势。