双辉等离子表面合金化技术形成表面阻燃钛合金的展望

本文综述了钛及钛合金燃烧的原因、现有的阻燃合金及阻燃机理,对利用双层辉光等离子渗金属表面合金化技术在钛及钛合金表面渗入Cr、Cu、Nb合金元素,形成表面阻燃钛合金的前景进行了展望。

纯钨表面等离子Ta合金层耐腐蚀性能研究

利用双层辉光等离子表面合金化技术在纯钨表面制备Ta合金化改性层以改善材料的耐腐蚀性。研究不同温度工艺参数对Ta合金层组织结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:在不同温度工艺参数下均制备出连续致密的Ta合金化改性层,且随温度升高,合金层的厚度增加。合金层主要由纯Ta相组成。Ta合金层的自腐蚀电位高于基材的,而自腐蚀电流密度较低,即Ta合金层更难以发生电化学腐蚀反应且腐蚀速率更低。900℃合金层的耐蚀性能最佳,腐蚀速率降至8.45×10^(-3)g·m^(-2)·h^(-1),表现出优良的耐腐蚀性。

利用双层辉光等离子技术进行镍基耐蚀合金表面合金化的研究

研究了在 2 0钢和不锈钢基材上 ,利用双层辉光离子渗金属技术进行Ni Cr Mo Cu多元共渗表面合金化 ,采用电化学方法对两种基材表面形成的渗层在 5 %HCl中的腐蚀性能进行了测定。结果表明 :在两种基材上都能得到类似于源极HastelloyC - 2 0 0 0合金的表面合金渗层 ,在不锈钢表面上形成的渗层的耐蚀性能接近HastelloyC - 2 0 0 0合金并且优于Alloy 5 9合金 ,在 2

γ-TiAl表面双辉等离子W-Mo合金化对其氧化行为的影响

目的研究W-Mo表面合金化对γ-TiAl合金抗高温氧化性能的影响。方法采用双层辉光等离子合金化技术在γ-TiAl合金表面进行W-Mo合金化,通过恒温氧化试验评价改性层的抗氧化性能,并通过扫描电子显微镜与X射线衍射仪对氧化膜表面及截面形貌和相组成进行分析。结果使用双层辉光等离子合金化技术可以在γ-TiAl表面制备出W-Mo改性层,改性层厚度为9μm,最外层为厚约6μm的W-Mo沉积层,而在沉积层与基体之间存在厚约3μm的扩散层。W-Mo改性层均匀、致密,基体与改性层之间没有裂纹、孔洞等明显缺陷,扩散层中的元素含量呈梯度分布。在750℃恒温氧化100 h后,γ-TiAl基体的氧化增重为5.306 mg/cm^2,W-Mo改性层的氧化增重为2.578 mg/cm^2,仅为γ-TiAl基体的48.6%。在氧化10、20、50 h后,改性层表面无明显变化,氧化膜层均匀、致密、无缺陷,几乎没有出现剥落现象;氧化100 h后,改性层中Mo与W的原子比由3:1降低到了1:2。结论通过双层辉光等离子合金化技术制备W-Mo改性层,能够改善γ-TiAl合金在750℃下的抗高温氧化性能。W-Mo改性层在经过氧化后所形成的氧化膜连续、致密,可以阻碍氧原子向基体内的扩散。但在氧化100 h后,Mo元素的蒸发会破坏氧化膜的完整性,使抗氧化性能有所降低。

采用双辉等离子表面冶金技术在45钢表面制备Fe-Al-Cr-Nb合金层的摩擦性能（英文）

采用双辉等离子表面冶金技术在45钢基体表面制备Fe-Al-Cr-Nb合金层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对该合金层的显微组织和物相组成进行表征。结果表明,该合金层表面形貌完整且致密;厚度约为20μm;各合金元素含量沿截面方向呈梯度分布。显微硬度和纳米压痕实验表明,Fe-Al-Cr-Nb合金层的表面硬度为HV 580,约为基体45钢的2.8倍;与基体相比,该合金层具有较小的位移偏移量和较大的弹性模量。通过室温摩擦磨损实验表明,Fe-Al-Cr-Nb合金层的摩擦因数低且磨损量小,说明该合金层可显著提高基体的表面硬度和耐磨性。

双辉等离子渗铬界面层对类石墨碳基涂层力学及磨蚀性能的影响

目的 研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法 以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能。结果 渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展。与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5%NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10^(-7)mm^(3)/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优。结论 通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴。

等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。

钛合金等离子表面舍金化技术

本发明钛合金等离子表面合金化技术属于金属材料表面改性领域。具体来讲在于将双层辉光离子渗金属技术拓展到钛合金表面舍金化领域，使钛合金表面形成包含钼、镍、铬、铌、钨、钯、钽、锆等单元素或多元素共渗合金层。合金层较基体材料具有良好的抗蚀、抗磨及抗氧化能力。也可形成记忆合金，超导舍金以及储氢材料等。该技术可节约贵重舍金元素，节约能源，无污染。

我国在金属材料表面工程领域的一项重大原创性技术--双辉光等离子表面冶金技术

双辉光等离子表面冶金技术,也称作Xu-Tec Process,是在德国发明的离子渗氮技术的基础上,突破了离子渗氮技术只适用于气态非金属元素的局限性而发明的一项重大原创性技术。该技术可采用元素周期表中的金属和非金属元素,对金属材料进行表面合金化,开辟了"等离子表面冶金"的新领域。大量试验结果表明:该技术可在钢铁材料,钛及钛合金,铜及铜合金,以及金属间化合物等金属材料表面形成多种高硬度、耐磨、耐蚀及抗高温氧化的合金层。例如,在普通钢铁材料表面形成高速钢、不锈钢或镍基合金层,在钛合金表面形成耐磨或阻燃的合金层等。“双辉技术”可大幅度提高金属材料的表面性能,全面提升机械产品的质量和使用寿命,在各工业领域具有广阔的应用前景。该技术是一项资源节约型和没有任何污染的表面合金化技术,可以为国家节约大量贵重金属元素,降低生产成本,创造巨大的经济效益。这是一项能改变我国金属材料及机械制造业现状并使其走向高端的关键技术。

TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明:渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其形态与氧化温度有关。850℃氧化100 h后,渗Cr试样表面形成致密Cr2O3膜,恒温氧化性能优于NiCrAlY热障涂层。

Ti2AlNb基合金等离子表面渗铬层组织结构对耐磨性能的影响

低硬度和较差的耐磨性制约了钛铝基合金在航空领域的应用。为了提高Ti2AlNb合金的表面硬度和耐磨性,采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb合金表面进行渗Cr处理,并对其微观组织、扩散特性及显微硬度和耐磨性进行了分析测试。结果表明:经等离子渗铬处理后,可获得约25μm的合金层;渗层中Cr含量随渗层深度有显著变化且在高温条件下因各原子扩散能力的差异,以基体中Al和Nb量的变化为主,在渗层的不同区域形成不同的相,表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主,而在渗层和基体的交界处形成新的无序O相(Ti25.36Al18.44Nb);渗层硬度值由外层的HV1125逐渐过渡到基体的HV432,渗层与基体的界面处由于无序O相的析出而硬度最低。渗Cr处理将合金的摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,磨损率降低了60%以上。

TC4合金表面等离子渗Mo层制备及其高温摩擦磨损性能

研究了TC4合金等离子表面渗Mo层的制备,并测试了基体和渗层在20、300和500℃条件下的摩擦磨损性能。通过XRD、EDS、SEM、SMM等研究了改性层的组织成分及其磨痕形貌,并探析了磨损机理。结果表明:TC4合金表面等离子渗Mo后,显著提高了合金表面硬度和高温摩擦磨损性能。

Ti6Al4V合金表面等离子渗Mo及其力学性能研究

研究了Ti6Al4V合金表面等离子渗Mo改性层的制备,并用SEM、XRD、EDS、SMM、纳米压痕仪、划痕试验机以及球-盘磨损试验机等研究了改性层的表面形貌、组织、相组成、显微硬度、强韧性、膜/基结合力及其耐磨性等力学性能。结果表明:改性层表面致密,具有高的表面硬度、弹性模量和结合强度,耐磨性较渗Mo处理前显著提高。

等离子表面冶金技术的现状与发展

双层辉光离子渗金属技术已成功地在普通碳钢表面形成高速钢、其中包括时效硬化高速钢、不锈钢以及镍基合金等 ;该技术已成功地应用于手用锯条和机用锯条 ,使其齿部形成高速钢 ,锯条不仅具有高速钢的切削性能 ,而且柔韧不断 ;钛合金表面经离子渗钼等工艺处理后 ,Ti6Al4V的耐磨性得到大幅度提高 ;经离子渗铌等工艺处理后 ,TiAl金属间化合物的抗高温氧化性能明显改善。在双层辉光离子渗金属技术的基础上 ,又发展了加弧辉光离子渗金属 ,双辉钎焊技术 ,双阴极辉光放电超硬薄膜合成技术 。

双辉等离子体表面冶金金属化CVD金刚石自支撑膜研究

采用双辉等离子表面冶金技术,在金刚石自支撑膜表面制备了W金属层。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)等分别对金属化后的金刚石膜的微观形貌、元素分布及物相组成进行了表征与分析;并通过测试Ag-Cu钎焊的金刚石膜-硬质合金刀片样品的剪切强度,评价金属层与金刚石膜的结合强度。实验结果表明:所制备的W金属层连续、致密,由大量纳米尺度的颗粒状团聚物构成;在金属层与金刚石界面一定深度区域内,存在W和C元素的相互扩散,并且反应生成了WC、W2C等金属碳化物颗粒,表明金属层与金刚石膜之间已形成了牢固的化学键合。

等离子渗Mo对TC4合金耐磨及拉伸性能的影响

研究了TC4合金表面经等离子渗Mo处理后的耐磨性能和拉伸性能。通过SEM、EDS、SMM等研究渗Mo改性层的组织成分及断口形貌,并分析其磨损机理和拉伸性能。结果表明:TC4合金表面经等离子渗Mo处理后,其耐磨性能随表面硬度的提高而明显改善,且抗拉强度与原始基体相比仅略有下降,即达到了使合金的耐磨性能提高而基体力学性能不受损害的预期目的。

双辉等离子渗金属中的光电高温计测温研究

分析比较了几种应用在双辉等离子渗金属中的测温手段存在的问题,指出了准确控制工件温度的重要性。为准确测量出工件温度,借助自制的一套热电偶测温实验装置,对光电高温计测温进行了比对实验,探讨了工件温度、保温时间等工艺参数对光电高温计测温精度的影响。实验结果表明:在双辉等离子渗金属过程中,光电高温计测温过程分动态和稳态两个阶段;对不同的工件温度,应用不同的ε值来测量。

Ti2AlNb基合金表面渗铬层结构及其摩擦学性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb基合金进行表面渗Cr处理,结果表明:经过离子渗铬处理后可获得约25μm的表面合金层;渗层中Cr含量随渗层深度呈梯度变化,且由于原子扩散能力的差异,在渗层的不同区域形成不同相,结合XRD和XPS分析技术,证实表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主;渗层硬度值由外层的HV0.11 125逐渐过渡到基体的HV0.1400左右;渗Cr处理后合金室温摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,由于硬质Cr2Nb和Al8Cr5相起到支撑载荷的作用,降低粘着磨损,室温磨损率降低60%以上;高温条件下由于氧化和摩擦磨损的共同作用,摩擦因数变化不大,磨损率降低20%。

多弧离子渗金属技术

本文用阴极电弧源做离子渗金属源。源极的靶材用Ｔｉ、Ａｌ、不锈钢制做。弧源因 产生冷阴极弧光放电而产生金属等离子体，形成高密度的金属离子流。基板由钢材制 成，施加适当的负偏压．在基板负偏压作用下，金属离子轰击并加热基板至 ９００℃或 １１００℃。金属原子渗入钢中形成高渗速渗金属层．文中测试了渗金属层的组织形貌和 Ｔｉ、 Ａｌ、 Ｃｒ、 Ｎｉ在渗层中的分布。结果表明阴极电弧源离子渗金属技术是新的金属等离子 体表面合金化技术，是对多弧离子镀的发展。

Ti6Al4V合金表面钼-氮渗镀复合层的制备及性能

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备了钼-氮渗镀复合层,通过调整氮氩流量比获得3种表面渗镀复合层,对渗镀复合层的组织结构、显微硬度、耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:氮氩流量比影响合金表面渗镀复合层的组织结构、硬度;渗镀复合层可明显提高Ti6Al4V合金在质量分数为37%沸腾盐酸溶液中的耐腐蚀性能;随着氮氩流量比的增加,复合层的厚度增加,硬度提高,耐腐蚀性能变差。