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。

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。

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)。

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.

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。

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.

机械镀Zn-Ti复合镀层的组织及性能

为了获得具有更好耐腐蚀性能的机械镀镀层,将锌粉和钛粉按照质量比15∶11混合,采用机械镀的方式在钢铁件表面制备Zn-Ti复合镀层。施镀时用氟化氢铵作为钛粉的活化剂;硫酸亚锡引导沉积并作为锌粉颗粒及钛粉颗粒间的连接填充材料;EDTA、乌洛托品和OP-10螯合沉积形成镀层。以金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析镀层的形貌及组织结构,划线划格检验镀层无翘起和脱落,利用电化学方法和中性盐雾试验检测镀层的电化学性能和腐蚀状况。结果显示:机械镀Zn-Ti复合镀层覆盖完整,镀层表面粗糙。镀层与基体结合牢固,镀层中颗粒间结合良好。锌粉及钛粉成镶嵌堆叠状,金属锡主要在镀层和基体间、各颗粒之间起连接作用,复合镀层的自腐蚀电位Em为-1 096 m V,镀锌层自腐蚀电位为-1 240 m V。极化电阻复合镀层为7.07Ω·cm^(2),镀锌层为5.11Ω·cm^(2)。盐雾试验720 h,复合镀层红锈面积约为镀锌层的15%。镀层内金属颗粒之间以机械结合,镀层与基体及金属颗粒之间能够明显观察到金属锡界限,镀层没有合金过渡存在,致密的镀层有利于耐腐蚀能力的提高。在盐雾试验中复合镀层相较镀锌层有更少的白锈和红锈,完整紧实的白锈能够减缓基体腐蚀。

钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的研究

以有机酸、磷酸、改性淀粉、锆脲络合物、复合表面活性剂等为原料制备出一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液。该处理液可用于钢铁制品涂装前表面处理、带钢冷轧过程及机械加工过程的工序间清洗和防锈处理,以代替传统的分步处理工艺。该处理工艺不仅简化了操作步骤,降低了操作成本,还解决了分步法中水洗废液的排放带来的环境污染问题。

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。

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。

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。

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 。

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。

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。

电火花表面强化的热应力研究

分析电火花表面强化层的应力场特点,建立三维应力场模型,并利用APDL编程实现对应力场的有限元数值模拟,给出强化层和基体在不同位置、不同方向的应力分布和变化规律。结果表明:强化过程中,熔池及附近区域存在的巨大且剧烈变化的温度梯度和不一致的冷却速率使试样产生很大的热应力;由于热导率和热膨胀系数存在差异的缘故,各节点的应力值随着位置的变化而变化;试样的应力曲线在热影响区都存在突变,有强化层时,由于强化层和基体材料的比热容c和热导率κ不一致,加剧应力曲线在热影响区的突变;采用梯度强化层和热处理工艺可以有效地改善电火花表面强化层的应力分布。

铸钢表面消失模铸渗碳化钨研究

采用消失模铸渗工艺制造表面复合材料铸钢,研究了铸渗用耐磨涂料的组成。结果表明,耐磨涂料的主要固体组分(体积分数)为:55%～65%的WC(粒度为0.34mm),8%的铬铁(Fe-60Cr),1%的添加剂,余量为可挥发性聚苯乙烯(EPS)颗粒。测试了铸渗层的布氏硬度,并在ML-100型磨粒磨损试验机上测试了铸渗层的耐磨性。结果显示,铸渗层的硬度是基体的1.7倍,耐磨性是基体的2.8倍以上。通过对耐磨涂料的组成分析及铸渗层的组织观察,说明了铸渗层硬度及耐磨性提高的原因。

镀锌钢板磷化工艺

研究了镀锌钢板的磷化工艺,优选了镀锌钢板磷化液的辅助成膜剂并测定了磷化膜的性能,其耐蚀性;耐碱蚀性好,与油漆结合力牢,磷化液沉渣少容易维护和调整。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-8%TiO_2复合陶瓷涂层组织与性能研究

采用液相喷雾造粒+烧结的方法制备了适合等离子喷涂用的Al2O3-8%TiO2(质量分数)复合粉末,并利用等离子喷涂技术制备了具有纳米结构的复合陶瓷涂层。利用SEM、XRD、TEM和数字显微硬度计等对涂层的微观结构和力学性能进行了检测和分析。结果表明,所制备的涂层是完全熔化区和部分熔化区共存的双态分布结构,其显微硬度和断裂韧性都比较高;涂层的磨损体积损失量随施加载荷增大而增大。