基体表面粗糙度对冷喷涂粒子沉积过程影响的物质点法数值分析

目的 解决有限元法模拟冷喷涂粒子沉积过程时存在的网格畸变等问题,并探讨粒子和粗糙基板的结合方式。方法 基于物质点法建立冷喷涂粒子沉积的仿真模型。利用FORTRAN语言自编程序对铜粒子冷喷涂铜基板的过程进行仿真分析,并与其他研究中的试验结果进行对照,结果吻合较好,表明物质点法模拟冷喷涂粒子沉积问题是可行且有效的。此外,分析基体表面粗糙度对粒子沉积过程的影响规律,并探讨粒子在不同位置沉积的结合机理。结果 随着表面粗糙度的增大,粒子扁平化趋势增大,回弹动能减小。表面粗糙度足够大时,粒子射流可能和基板形成机械咬合结构;粒子在波谷处沉积时受两侧波峰作用难以扁平化,但是凹坑深度增大,回弹动能减小,粒子基板结合强度增大;粒子在左侧半腰处沉积时,其在切向速度分量作用下与右侧波峰形成二次接触,形成了较长的射流。结论 粒子与基板的结合强度随着表面粗糙度的增大而增大。粒子在波峰处可以形成机械咬合结构;在波谷处凹坑深度增大、回弹动能减小,起填充作用;在半腰处能够与右侧波峰产生二次接触,增大结合强度。研究结果可为冷喷涂工艺生产提供一定指导。

沉积功率对Ce-Ti/MoS_(2)复合涂层摩擦磨损性能的影响

目的探究Ce-Ti合金靶功率对MoS_(2)基涂层摩擦学性能的影响,制备干摩擦性能优异的MoS_(2)基复合涂层。方法采用直流与射频双靶非平衡共溅射技术,通过调节Ce-Ti(1∶1)靶功率控制涂层掺杂元素含量。利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等多种测试手段,分析合金靶功率对Ce-Ti/MoS_(2)涂层微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响。结果随着掺杂金属功率提升,MoS_(2)基涂层由明显的晶体结构变为类似非晶结构;表面由纯MoS_(2)的蠕虫状逐渐转化为细小团聚形貌,在达到90 W功率后团聚尺寸又逐渐粗大。当Ce-Ti靶(Ce的原子数分数为2.32%;Ti的原子数分数为7.21%)沉积功率达到70 W时,致密程度显著提高,由无掺杂多孔柱状晶变为细密柱状生长结构,纳米硬度达7.85 GPa,并明显改善了氧化现象。在摩擦磨损方面,70 W功率下磨痕呈微量的磨粒磨损,平均摩擦因数低至0.073,磨损率减少至9.42×10^(-8) mm^(3) N^(-1)m^(-1)。对偶钢球形成转移膜,有效减少摩擦过程剪切力。70 W条件下转移膜面积最小,且摩擦时磨痕处重组生成MoS_(2)结构,显著减少材料的摩擦因数与磨损率。结论磁控溅射Ce-Ti掺杂MoS_(2)基涂层提升了涂层致密程度与摩擦磨损性能,在功率达到70 W时达到最优综合性能,涂层的摩擦因数与磨损率也因形成高质量转移膜而显著降低。

炮钢销和黄铜盘配副时的摩擦磨损特性研究

在周期性瞬态热载荷和瞬态压力载荷耦合下,机炮弹膛系统中炮弹膛线和炮弹弹头产生的严重磨损会影响弹膛的使用寿命和弹头的命中精度。为研究压力对炮弹膛线和炮弹弹头两者摩擦磨损特性的影响,分别使用炮钢和黄铜加工制作成的销和盘在立式万能摩擦磨损试验机上开展摩擦磨损特性的影响因素实验研究,得到了不同压力下炮钢销和黄铜盘的摩擦系数和摩擦力矩、磨损量、磨面形貌的变化关系。推断表明:摩擦初期,试验力不同,摩擦系数也不同,稳定磨合期,试验力对摩擦系数影响减弱;摩擦力矩与摩擦系数变化基本符合比例关系,增大试验力,摩擦力矩成比例增大;炮钢销和黄铜盘的磨损为粘着磨损,压力越大,磨损量越大。该研究对下一步开展机炮弹膛系统摩擦磨损机理研究具有参考意义。

温度和甲酸镍含量对制备Zn-Ni合金渗层的影响

为改善渗锌层的防腐性能,通过在渗锌过程添加甲酸镍制备了Zn-Ni合金渗层,分析了不同温度(400℃、450℃、500℃、550℃、600℃)和不同甲酸镍含量(0 g、15 g、44 g、75 g、103 g)对渗层制备过程的影响。采用扫描电镜(SEM,配备有EDS能谱)、X射线衍射仪(XRD)分析了不同试样渗层截面形貌和物相组成;采用电化学极化曲线和阻抗谱(EIS)表征了不同试样在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中的电化学行为,并通过中性盐雾实验测试了渗层的耐蚀性能;利用显微维氏硬计测试渗层表面至基体不同相层硬度。结果表明:随温度的升高渗层显著增厚,渗层表面硬度降低;随甲酸镍含量的增加渗层明显减薄,渗层中ZnO、Fe_(3)ZnC_(0.5)相衍射峰明显增强,渗层中间相层硬度值增大;温度和甲酸镍含量对渗层自腐蚀电位无明显影响,腐蚀电流密度随温度的升高而增大,随甲酸镍含量的增大而明显减小;试样阻抗弧半径和渗层电阻均随甲酸镍含量的增加而增大;甲酸镍含量越高,对盐雾实验白锈的出现抑制越明显,出现红锈的时间显著延长。综上所述,添加甲酸镍显著改善了渗锌层的组织结构,明显提高了渗层的耐腐蚀性能,这对促进锌-镍合金共渗技术的应用具有积极意义。

在镁合金阳极氧化膜上的化学电泳涂装

将AZ31B镁合金放入氯化钠溶液中进行简单的阳极氧化后形成一层高活性的氧化膜,再通过化学电泳涂装形成复合涂层.利用氯化钠溶液的浸泡、电化学极化、交流阻抗、SEM等测试方法对涂层外观及耐蚀性进行表征.结果表明,简单阳极氧化膜在350℃的温度下脱水活化40min后,可以形成高活性的氧化涂层,表面粗糙度、亲水性和碱度大有改进,与电泳漆的反应活性大.阴极聚氨酯电泳漆进行化学电泳涂装获得的复合涂层漆膜厚、疏水性好、耐蚀性高.

电参数对钛合金微弧氧化生物活性陶瓷层钙磷成分的影响

采用自行研制的微弧氧化设备于(CH3COO)2Ca CaC3H5 (OH)2PO4 溶液中制备了富含Ca、P成分的钛合金微弧氧化陶瓷层, 研究了电压、电流密度、占空比等电参数对陶瓷层中Ca、P成分的影响及Ca、P在膜层中的分布。结果表明: 随着电压或电流密度的升高, 膜层中Ca、P相对含量增大, 但Ca的增长速度远快于P, 使得Ca、P的摩尔比随电压或电流密度的升高而增大; 而占空比对膜层中Ca、P成分影响略有不同, 随着占空比的增大, P相对含量先减少, 而后很快趋于平缓, Ca相对含量和Ca、P摩尔比则呈上升趋势; 沿膜层由表及里, Ca元素在膜层的含量分布呈现类似二次曲线递减趋势, P膜层中含量则大体均匀, 但在膜基交界面迅速降为零。

Ti_(0.5)Al_(0.5)N涂层的抗高温氧化行为

用 AES仪研究了多弧离子镀 Ti0 .5 Al0 .5 N涂层在空气气氛中的抗高温氧化行为 ,发现该涂层的抗高温氧化性能极其优异 ,其最高抗氧化温度可达 80 0℃。采用 SEM、EDX以及 XTEM等方法对 Ti0 .5 Al0 .5

Ni-P-纳米SiC化学复合镀层耐磨性能的研究

在普通Ni-P-SiC化学镀工艺基础上,添加纳米SiC微粒,采用超声波分散工艺,基于单因素试验结果,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,探索试验参数对复合镀层性能的影响规律。结果表明:镀液pH=6±0.5,施镀温度为(86±1)℃,镀液中纳米SiC浓度为3 g/L时,所获得的复合镀层经480℃热处理后显微硬度达1700 HV,复合镀层耐磨性最好。

放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。

CoCrMoSi涂层冷热疲劳和磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术,在CrZrCu表面制作了CoCrMoSi涂层。采用光学显微镜、SEM及EDS等方法,对涂层的冷热疲劳性能和抗磨损性能进行了分析研究,并与当前冶金行业大量使用的电镀NiCo镀层进行对比。结果表明,450℃试验条件下,经113次冷热疲劳后,CoCrMoSi合金涂层仍完好无损,而NiCo电镀层循环37.8次就剥落30%以上;CoCrMoSi涂层和NiCo镀层均发生了磨粒磨损和粘着磨损,镀层以粘着磨损为主,同时伴有严重的磨粒磨损,而涂层磨粒磨损不明显,主要表现为粘着磨损。涂层的抗磨损性能远高于电镀层,同样磨削条件下(30min),电镀层失重0.5986g时,喷涂层仅仅失重0.0572g,电镀失重是喷涂的10.5倍还多。

镀锌层无铬硅酸盐彩色钝化成膜机理及性能

针对镀锌层可显著提高钢铁零件的耐蚀性能,但在潮湿的环境中其表面易被腐蚀产生白锈,从而失去对基体的保护作用的问题,制备了A3钢镀锌层表面的无铬硅酸盐彩色钝化膜,以进一步提高其耐蚀性能,并使用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、中性盐雾试验和电化学工作站,研究了膜层的组分、成膜的过程及耐蚀性能.研究结果表明:钝化膜的主要成分为Zn4Si2O7-(OH)2·2H2O,Si O2,Zn O和Zn(OH)2,其中性盐雾试验出白锈时间能够达到75 h,与市场上广泛应用的三价格(Cr3+)钝化膜相当.

结晶器基材HVOF喷涂梯度功能涂层组织结构与结合强度

以HVOF梯度功能涂层在结晶器的应用作为研究背景,对CrZrCu表面超音速火焰喷涂CoNiCrAlY+CoCrMoSi梯度涂层与Ni-Co电镀层进行了对比分析,通过SEM,EDS,XRD及X射线应力仪等手段分析了涂/镀层的微观组织结构与应力状态,采用拉伸法测试了结合强度.结果表明,涂层与基体之间的结合比镀层较为紧密;梯度涂层的结合强度远大于镀层的结合强度;涂层均为压应力,表面应力小,界面应力大;镀层中元素和相组成无变化,涂层主要元素含量与粉末基本相当,而涂层中C,O元素含量增加,粉末发生了熔化分解和重结晶.为结晶器HVOF涂层部分性能替代电镀层提供了理论支持.

电热爆喷涂层温度场的数值模拟

分析了电热爆喷涂层的温度场特点,建立了三维温度场模型,并对温度场进行了有限元数值模拟。给出了涂层和基体在不同时刻的温度场分布和变化规律。结果表明:涂层温度在沿基体法线方向在前10 μs急剧变化,涂层温度变化率高达107数量级,具有快速凝固的特性,界面附近的温度急剧上升。而在沿另2个方向的温度变化均匀;基体与涂层界面处的温度梯度最大。而后随着时间的延长,温度变化率和温度梯度逐渐降低,涂层温度逐渐下降,基体温度逐步上升,到100 μs时,涂层温度与基体温度趋于一致。

放电等离子烧结对TiB_2/AlCoCrFeNi复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结方法(SPS),制备体积分数5%TiB_2的等摩尔AlCoCrFeNi高熵合金基复合材料。通过密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试等方法,研究SPS烧结温度及烧结压力对复合材料的微结构演变与力学性能影响。结果表明:随着SPS烧结温度及烧结压力的增加,复合材料的硬度及抗压强度得到明显提高。在1200℃/30MPa进行SPS烧结后,复合材料的致密度达99.6%,抗压强度达2416MPa,屈服强度达1474MPa,硬度超过470HB。烧结过程中,复合材料的基体高熵合金发生相变,1200℃及30~45MPa烧结时,复合材料由BCC,B_2,FCC,σ及TiB_2相组成。

镁合金黑色微弧氧化膜在NaCl溶液中腐蚀电化学演变

目的评价镁合金黑色微弧氧化热控膜层在氯离子作用下的腐蚀演变行为。方法在电解液中添加不同浓度的添加剂制备微弧氧化膜层,分析不同微弧氧化膜试样在0.1mol/LNaCl溶液中的电化学演变过程。采用电化学极化、电化学交流阻抗表征和拟合,结合扫描电镜等方法,对膜层演变规律及机理进行了探讨。结果未经微弧氧化的镁合金自腐蚀电流密度为17.7μA/cm2,自腐蚀电位为-1.464V;经微弧氧化后,试样自腐蚀电流密度减小至0.09μA/cm^2,自腐蚀电位下降至-1.628V。添加剂加入后制备的微弧氧化膜相比于镁合金基体,其耐蚀性能提高,且随着添加剂浓度的增加,耐蚀效果呈现先增加、后减弱的趋势,添加剂质量浓度在10g/L时制备的膜层具有最好的防腐效果。镁合金微弧氧化热控膜层在NaCl溶液中腐蚀过程分为三个阶段:一是腐蚀性离子进入多孔膜层,引起界面熔融层变化;二是MgO与水分子反应造成内层膜更加致密,阻抗有所增加;三是腐蚀溶液接触到部分镁合金基底,发生电化学腐蚀,形成楔形效应,引发裂纹,最终导致局部腐蚀失效。结论微弧氧化提高了膜层的耐蚀性能,其在0.1mol/LNaCl溶液中的腐蚀过程可分为介质进入孔内、水合反应和局部腐蚀三个阶段。

钛对镀锌层硅酸盐钝化膜的影响

为了研究钛离子对硅酸钝化膜的微观形貌、化学组成及耐蚀性能的影响,在硅酸盐钝化液中加入钛离子,通过SEM、XPS、交流阻抗谱(EIS)及中性盐雾试验(NSS)进行研究.试验结果表明:钛离子的加入可控制硅酸钝化膜成膜速度,细化颗粒,使钝化膜膜层平整、致密、无裂纹,且微粒团聚物颗粒变小;同时,钛离子参与反应生成的Ti O2颗粒可填充膜层的空隙,增加膜层致密度,显著提高膜层的耐蚀性;钝化过程是复杂的多相反应,最终得到膜层的主要组成为Zn4Si2O7(OH)2·2H2O,Si O2,Zn O,Zn(OH)2和Ti O2.

20钢多元共渗后的耐腐蚀性能

采用低温气体多元共渗技术在20钢表面同时渗入碳、氮、氧三种元素,利用X射线衍射仪(XRD)测定了渗层的相组成;另外测试了渗层在浓度为1.0 mol/L HCl溶液中的耐蚀性。结果表明:渗层以氧化物、氮化物和碳化物为主,且氮化物居多,其腐蚀速率明显低于基体材料的腐蚀速率。

电热爆炸喷涂层温度场的数值模拟

涂层／基体的结合强度取决于涂层与基体间的热接触作用,尤其是第一层涂层与基体的相互作用。分析电热爆炸喷涂层的温度场特点,建立温度场模型,并对不锈钢基体上电热爆炸喷涂Al涂层进行了温度场的有限元数值模拟。给出了涂层和基体温度场随时间的变化规律。分析不同界面热阻对温度分布以及凝固过程的影响。结果表明涂层组织将在基体表面由于快速凝固而得到细化,仿真结果对于试验具有一定的指导意义。

钢丝连续热浸镀铝工艺研究

研究了钢丝连续热浸镀铝工艺 ,得出了较好的助镀剂配方和工艺流程 。

活塞杆用纳米WC-10Co4Cr涂层的微观结构及性能

采用大功率超声速喷涂火焰(HVOF)技术在活塞杆表面制备了纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层。通过扫描电镜(SEM)、金相分析仪、结合力试验机、显微硬度计、电化学工作站等手段分析研究了纳米WC-10Co4Cr陶瓷活塞杆的表面性能。结果表明:纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层具有远高于活塞杆基材的硬度及耐蚀性,在500g载荷下与氮化硅球对磨180min,涂层的磨损量少于基材的1/150,并且涂层与基材之间的结合强度超过80 MPa。制备的纳米WC-10Co4Cr陶瓷涂层完全满足活塞杆的实际使用需求,并且可以大幅提高其使用寿命。