钛表面阴极微弧沉积氧化铝涂层的组织结构及其性能研究

以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液,利用阴极微弧电沉积技术在纯钛表面制备了较厚的氧化铝涂层。分析了涂层的形貌、成分和相组成,测试了涂层的抗高温氧化、电化学腐蚀及抗热震性能,并探讨了阴极微弧沉积氧化铝涂层的机理。涂层由γ-Al2O3和少量的α-Al2O3组成。涂层中含有少量的钛元素,表明涂层/钛界面附近的钛基体在微弧放电作用下也参与氧化铝涂层的沉积和烧结过程。涂层经过100次(700℃水淬)热循环后仍与钛基体结合良好。700℃恒温氧化结果表明,具有氧化铝涂层的钛氧化速率降低了4倍。

汽轮机叶片钢高能微弧沉积316L不锈钢涂层的试验研究

利用高能微弧沉积方法在汽轮机叶片材料2Cr13钢上制备316L涂层,对基体材料和沉积层结合界面的显微组织、成分、硬度和耐腐蚀性能进行了研究.结果表明:沉积层和基材界面处发生了Cr、Fe、Ni、Mo元素扩散,且各元素的浓度呈梯度变化,沉积层和基体材料的结合为冶金结合,结合界面致密;从基体到沉积层的硬度值逐渐过渡,提高了沉积层与基体的结合强度;沉积涂层耐腐蚀性能明显优于基材.研究成果为汽轮机叶片微缺陷的修复以及表面强化提供了理论依据.

PCrNi3MoVA钢表面微弧沉积Stellite6合金涂层研究

采用微弧沉积工艺,以Stellite6合金焊棒为沉积材料,在PCr Ni3Mo VA钢基体上多次沉积形成合金涂层,对涂层的形貌、元素组成、相组成、显微硬度和抗烧蚀性能进行了检测。结果表明:涂层与基体之间形成了良好的冶金结合,涂层致密,孔隙少,具有较好的耐磨性能和抗烧蚀性能。

占空比对TiAl合金表面阴极微弧沉积Al_2O_3涂层的影响研究

目的通过调整实验工艺,研究占空比对Ti Al合金表面阴极微弧沉积过程的影响规律和作用机制。方法对Ti Al合金进行预处理后,在不同占空比条件下,于Al(NO3)3电解液中制备阴极微弧沉积Al_2O_3陶瓷涂层。采用电子扫描电镜(SEM)、元素能谱分析(EDS)、透射电子电镜(TEM)以及X射线衍射(XRD)等分析测试技术,对不同陶瓷涂层的微观组织结构和成分进行了分析,并使用涡流测厚仪、表面轮廓仪、维氏硬度计和划痕仪等材料性能测试设备,对涂层厚度、粗糙度、硬度、结合强度等力学性能进行了表征。结果在沉积过程中,占空比主要影响试样表面非晶态Al(OH)3的沉积吸附和脱水烧结以及晶体Al_2O_3的形成。随占空比增加,陶瓷涂层内部晶体结晶度提升,表面缺陷和微裂纹减少,均匀性、致密性和表面硬度均有所提高,厚度和结合强度先增加后降低,而表面粗糙度则呈现先降低后增加的趋势。结论占空比为30%时,涂层表面缺陷较少,与基体结合良好,涂层晶格条纹整齐,由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和少量金红石相rutile-TiO2以及非晶相的Al(OH)3组成,α-Al_2O_3质量分数为89.0%,涂层厚度为47μm,表面粗糙度为1.0μm,结合强度为72 N,硬度为1010 MPa(HV200)。

占空比对发动机用钛合金表面微弧沉积Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)涂层结构和力学性能的影响

为改善钛合金的综合性能以满足生产发动机的要求,采用微弧沉积技术对发动机用钛合金表面进行改性。利用不同的脉冲占空比(30%、40%、50%)制备了3种不同的Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)微弧沉积涂层。利用场发射电子显微镜观察沉积涂层的表面形貌;利用金相显微镜测试涂层厚度;利用激光共聚焦显微镜测量沉积涂层的表面粗糙度;利用纳米压痕仪测试沉积涂层的弹性模量和硬度,研究了占空比对发动机用钛合金表面微弧沉积Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)涂层结构和力学性能的影响。结果表明:在30%、40%、50%3种不同脉冲占空比下制备的Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)涂层的平均厚度逐渐增大;随着脉冲占空比的增大,沉积涂层的表面粗糙度Ra下降,占空比为50%时,微弧沉积涂层的Ra达到最小值,约为2μm;当脉冲占空比由30%变为50%时,Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)微弧沉积涂层表面的微孔数量逐渐增多,微孔的半径减小,表面更均匀;当脉冲占空比为50%时,制备的Al_(2)O_(3)⁃TiO_(2)涂层具有最大的硬度和弹性模量。

TC11钛合金表面微弧沉积碳化钨涂层及耐烧蚀性能研究

考虑到钛合金导热系数较小,在不同温度下以WC为沉积材料,采用微弧沉积技术在TC11钛合金表面制备耐烧蚀涂层。分析了涂层的SEM微观形貌、显微硬度,利用摩擦磨损仪测试了涂层的磨损率;以某型大口径火炮实验平台模拟了发射状态下身管内膛工况条件,检测了涂层的耐烧蚀性能。结果表明:在200℃下将钛合金圆片预热2 h且沉积涂层后保温2 h条件下所制备的涂层外观形貌无裂纹,且涂层均匀致密、硬度高,耐烧蚀性能明显优于传统的炮钢材料。

微弧火花沉积Zr基非晶涂层的组织及性能

Ti6Al4V合金具有良好的耐蚀性能和生物相容性,已被广泛用作骨替代材料,但是Ti6Al4V的耐磨性较差。Zr基非晶合金涂层具有高强度、高耐磨、高耐腐蚀和良好的生物相容性等优点,在生物医用材料领域具有巨大的发展前景。本工作采用微弧火花沉积技术在Ti6Al4V表面制备了Zr基非晶涂层来增加其表面耐磨性,研究了非晶涂层的显微组织和显微硬度,同时针对不同摩擦时间对涂层摩擦性能和磨损行为的影响进行深入探讨。结果表明:涂层主要由非晶相、Cu 8Zr 3和ZrO_(2)相组成。涂层厚度为(150±10)μm且与基体具有良好的结合性。非晶涂层硬度值可达1252HV 0.1,约为基体的三倍。在不同摩擦时间下,涂层的磨损系数都小于基体,失重结果表明涂层具有更优异的耐磨性,摩擦时间为30 min时涂层的耐磨性为基体的4.8倍。不同摩擦时间下基体的磨损机制为磨粒磨损,涂层的磨损机制为疲劳磨损。本工作为进一步提高Ti6Al4V的耐磨性和Zr基非晶合金涂层的应用提供理论基础。

TiAl合金表面阴极微弧沉积Al2O3陶瓷涂层的生长过程与相组成

利用阴极微弧沉积技术在预处理后的TiAl合金表面制备了Al2O3陶瓷涂层,研究了涂层的生长过程和相组成。采用扫描电子电镜(SEM、EDS)、透射电子电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法,对Al2O3涂层的生长过程中的微观形貌、组织成分以及晶体结构的演变进行了研究与分析。结果表明,TiAl合金表面阴极微弧沉积过程中,在阴极表面发生非晶态Al(OH)3的吸附、脱水烧结形成Al2O3陶瓷涂层的沉积。Al2O3涂层生长分前期I、中期II和后期III 3个阶段,前期起弧阻挡层被击穿,涂层生长较慢、组织致密且与基体结合良好;反应中期涂层生长较快,Al(OH)3不断吸附和脱水烧结,涂层结晶度提高;反应后期涂层生长速度变缓,表层组织疏松、多孔,相组成为87.5%的α-Al2O3和12.5%的γ-Al2O3。

钛表面阴极微弧电沉积制备氧化铝涂层

采用阴极微弧电沉积在钛表面生成了厚度达100μm的氧化铝涂层,研究了不同电压下涂层的结构和组成,分析了涂层的生长规律和形成过程.结果表明:阴极微弧电沉积过程包括火花前、微弧和局部弧光三个阶段,期间伴随有Al(NO3)3的离解、Al(OH)3的沉积与高温烧结等反应,微弧区产生的高温高压是形成Al2O3涂层的关键.涂层主要由γ-Al2O3和α-Al2O3组成,随电压升高,α-Al2O3的含量逐渐增加,在400V时其含量达76%.

溶液配比及电参数对钛阴极微弧电沉积氧化铝涂层的影响

用阴极微弧电沉积在钛表面生成Al2O3涂层,探讨溶液组成、放电电压及时间对涂层形貌、相组成及生长速率的影响。结果表明:涂层由αAl2O3和γAl2O3组成。随溶液中Al(NO3)3含量的增加,αAl2O3含量和涂层生长速率均先增后减。电导率决定了Al(NO3)3的摩尔浓度为0.2mol/l时是较佳值。乙醇与水的体积比对溶液的起弧影响很大,过高的含水量因溶剂效应大而不利于阴极微弧电沉积。随电压升高,涂层的生长速率增加,αAl2O3的含量增加。400V时,αAl2O3含量可达76%。延长放电时间,涂层的生长速率亦先快后慢。120min时,涂层厚度可达100μm。

钛合金表面阴极微弧电沉积Al_2O_3-SiC复合涂层

通过高温烧结法在TC4钛合金表面制备了起弧阻挡层,然后采用阴极微弧电沉积工艺在TC4钛合金表面制备了Al2O3-SiC复合陶瓷涂层,重点研究了复合陶瓷涂层的制备工艺及影响因素,并采用扫描电镜、能谱仪等观测了起弧阻挡层及复合陶瓷涂层的表面微观形貌及成分组成。结果表明,阴极微弧电沉积技术能够在钛合金表面制备出Al2O3-SiC复合涂层,且起弧阻挡层至关重要,为起弧必备条件,SiC在Al2O3基体中的分散性较好,涂层较厚且分布均匀。

双极性微弧电沉积电源系统研制

为满足微弧氧化和阴极微弧电沉积两种涂层制备工艺的共同需求,设计了一种双极性直流脉冲电源系统,该电源系统由主回路和控制系统组成,主回路采用两级结构,前级为三相全桥整流部分,包括三相全桥晶闸管整流电路及其触发电路,输出连续可调的直流电压;后级为逆变电路,包括全桥逆变电路,驱动电路以及脉冲波形发生器的设计,保证输出频率、占空比可调的双极性脉冲波形;控制系统采用双闭环结构,内环为电压环,外环为电流环,采用PI控制算法,实现恒流、恒压控制。

激光+微弧火花复合定向沉积的显微组织研究

采用激光熔覆与微弧火花沉积(ESD)工艺在定向铸造高温合金表面成功实现了外延定向复合沉积,并使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等对所获涂层的典型组织进行了研究。研究结果显示,定向生长区域连续、均匀,无明显缺陷;定向组织垂直于沉积界面生长,其取向与定向基体基本一致。定向柱晶宽度按定向凝固基体(～300μm)→激光接长区(～20μm)→微弧火花接长区(～1μm)梯度递减。分析表明:这种显微组织上的变化主要是凝固过程中液固界面前沿的凝固速度(R)、温度梯度(G)、热流方向等热力学因素综合作用的结果。

阴极微弧电沉积表面处理钛的高温氧化行为(英文)

在0.4mol/lAl(NO3)3乙醇溶液中,采用阴极微弧电沉积方法在纯钛表面制备出80μm厚的氧化铝涂层。研究了钛及其镀膜样品在973K的高温氧化行为,并分析了它们恒温氧化后的组织、成分和相组成。结果表明,具有氧化铝涂层的钛在973K的氧化速率降低了4倍,恒温氧化后涂层的形貌和相组成几乎保持不变。涂层/钛界面附近的较薄氧化铝致密层对抑制氧和钛原子的扩散起重要作用。阴极微弧电沉积是提高钛抗氧化性能的有效方法之一。

45钢表面高能微弧火花数控化沉积AlCoCrFeNi高熵合金

采用参数化等间距点焊式沉积策略,以高能微弧火花数控化沉积工艺在45钢上制备出了Al Co Cr Fe Ni高熵合金多层涂层.通过SEM和XRD研究了Al Co Cr Fe Ni高熵合金涂层表面形貌及相组成.以层数为变量,研究了电极长度消耗规律和电极/工件质量过渡规律,并通过Bézier曲线拟合出电极长度消耗曲线、阳极质量损失曲线、和阴极质量增加曲线.电极长度消耗规律和质量过渡规律为实现多层连续不间断沉积和涂层显微结构的精确控制奠定基础.高能微弧火花数控化沉积工艺为功能涂层的制备提供了新方法.

激光熔覆-微弧火花沉积复合修复技术的研究

分别指出了激光熔覆技术和微弧火花沉积技术各自存在的主要问题,提出了激光熔覆-微弧火花沉积复合修复新技术的原理及应用。

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层

在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层。结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层。与激光外延生长涂层相比,微弧火花外延涂层能够保持完全的柱状晶结构,而激光外延涂层表层通常会形成等轴晶层;另外,在组织均匀性、组织粗细、界面熔合区大小等方面微弧火花涂层具有明显的优势。

SCH13钢表面微弧火花沉积Stellite合金

采用高能微弧火花沉积技术在SCH13钢表面制备Stellite合金涂层.利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪对沉积层的显微组织形貌、成分及结构进行分析,并对微弧火花单脉冲沉积斑的形成与生长机制进行重点研究.结果表明,高能微弧火花作用下Stellite合金单脉冲沉积斑呈飞溅状,大量单脉冲斑的不断叠加最终形成具有一定厚度的沉积涂层.微弧火花沉积层依附于基体的界面以柱晶组织呈外延生长,并与基体形成良好的冶金结合,涂层稀释率较低,主要由γ-Co固溶体和铬的碳化物组成.随着工作电压的增加,沉积层显微组织略有粗化,其平均硬度较Stellite合金电极材料有显著提高.

微弧火花沉积制备不锈钢柱状微结构表面

目的探索新型表面微结构的制备方法。方法采用微弧火花沉积工艺在304不锈钢基体表面,制备出了奇特的"柱状"微结构表面,并使用扫描电镜、光学显微镜、硬度计等对该微柱体的表面形貌、截面特征和显微硬度等进行了初步分析。结果微柱体呈近似有规律的分立状分布,微柱体间距约为0.8~1.2 mm,直径约为300~500μm。微柱体为堆叠状生长,有典型的分层特征,微柱体之间存在生长中的竞争性行为。从微柱体截面来看,单个脉冲沉积薄层的典型厚度大约为15~20μm,微柱体中单个沉积子薄层一般呈中间厚、两侧薄的类透镜状形态。微柱体的平均硬度约为320HV左右,略低于结合界面附近的基体硬度(~340HV)。结论微弧火花沉积的单点、高频率的技术特性是形成此类表面的重要因素,放电沉积中的竞争性机制是导致微柱体成形的直接原因。

保护气氛中残留氧对微弧火花沉积的影响

目的探究微弧火花沉积过程中残留氧对沉积行为的影响。方法在不同残留氧浓度的富Ar保护气氛下进行了单脉冲、多脉冲和2 min持续沉积实验,并使用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)和显微硬度计等对所获沉积层特征进行分析。结果保护气氛中残留氧为0.04%～0.06%时,沉积斑呈典型的放射状飞溅形貌,持续2 min沉积可获得局部最大厚度约140μm的平坦状沉积层。而残留氧为0.4%～0.6%和1.4%～1.6%时(其他参数不变),沉积斑表面平整,边缘无显著飞溅特征,2 min沉积试验后在基体上形成了大量新奇的微柱体/柱胚结构。质量转移规律研究表明,适当残留氧的存在能够提高质量转移效率。试验中当残留氧为0.4%～0.6%时,质量转移系数最高,可达约91%。显微硬度测试结果显示,涂层硬度约在290～330HV之间,略低于冷轧态基体的硬度(～356HV)。结论富Ar气氛中残留的微量高活性元素氧对熔池表面张力温度梯度系数有较大影响,适当残留氧的存在可使沉积斑形态从泼溅状向聚集状转变,最终导致了沉积表面微柱体/柱胚结构的出现。