激光原位碳化铬-镍基复合涂层的组织特征

为了制备陶瓷增强镍基复合涂层,采用激光熔覆技术在45#钢表面原位合成了碳化铬-镍基复合涂层,研究了涂层的显微组织、相结构特征及显微硬度。碳化铬陶瓷的形状主要有四边形(菱形)、六边形和不规则块状;四边形碳化铬为Cr3C2,六边形碳化铬为Cr7C3,不规则块状碳化铬成分不确定,可能为Cr3C2或Cr7C3;涂层的平均显微硬度达到基体的3.5倍;涂层具有较高的硬度和致密的组织。结果表明,涂层主要由Cr-Ni-Fe-C,C,Cr7C3和Cr3C2四相组成,显微组织均匀致密,与基体呈良好的冶金结合。该研究对激光原位碳化铬-镍基复合涂层的理论研究和实际应用是有一定帮助的。

碳化铬/Ni_3Al复合堆焊层组织及摩擦磨损分析

采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍射分析钨极氩弧堆焊碳化铬增强Ni3Al基复合堆焊层的组织结构,并采用销盘式干摩擦磨损试验机对堆焊层与活塞环用蠕墨铸铁材料的干摩擦磨损性能进行试验比较.结果表明,复合堆焊层内形成Ni3Al金属间化合物基体,其中弥散分布有大量细小的块状和条状碳化物硬质相Cr3C2和Cr7C3;焊接时焊丝中Cr3C2颗粒溶解析出,重新析出的碳化铬颗粒中包含Fe和Ni元素,碳化铬颗粒与Ni3Al基体形成良好的冶金结合;弥散分布的碳化铬颗粒和Ni3Al基体固溶强化的Cr元素决定了堆焊层具有较高的硬度.室温条件下,复合堆焊层具有优异的耐干摩擦磨损性能,其摩擦系数为0.23,远低于活塞环蠕墨铸铁的0.39;磨损率仅为蠕墨铸铁材料的43%.

Cr_7C_3/Ni_3Al复合材料制备过程中碳化铬的溶解再析出行为

将真空常压烧结方法制得的Cr3C2-Ni-Al复合焊丝堆焊于碳钢表面。分析表明,在堆焊过程中,利用氩弧物理热和Ni-Al反应热,Ni与Al化合反应生成Ni3Al金属间化合物,Cr3C2则发生分解,除少部分[C]与[Cr]固溶于Ni3Al基体中外,大部分反应析出更稳定的Cr7C3相,其尺寸取决于堆焊层中不同区域的冷却环境,较为均匀地分布于Ni3Al基体中。由于Cr在Ni3Al中的固溶度远大于C,加之Cr3C2转化为Cr7C3也造成部分富余的C,结果造成在该Ni3Al表面强化材料焊层中形成石墨相,其密度轻、熔点高,主要偏聚于焊层表层。Cr7C3/Ni3Al复合材料的室温、高温硬度远高于传统高温耐磨材料Stellite合金,该材料有望成为一种新型的高温耐磨表面强化材料。

镍基合金—碳化铬复合涂层材料的界面扩散系数

对真空熔烧法制作的镍基合金—碳化铬复合涂层界面两侧合金元素的扩散提出了电子探针与最小二乘法相结合的研究方法，并编制了Ｃ语言计算程序，简化了计算过程，可快速、准确地求出合金元素在γ－Ｆｅ中的扩散系数。

等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层的摩擦学特性

在发展新型高效节能的汽车和飞机发动机用耐磨材料中，碳化铬－镍铬涂层是很有开发前景的材料之一．为了扩大这种涂层的应用领域并为其应用提供科学依据，用ＭＭ－２００磨损试验机，研究了等离子喷涂碳化铬－镍铬（质量比为３∶１）涂层分别与不锈钢、热压烧结Ｓｉ３Ｎ４和石墨组成摩擦副的摩擦学特性；用扫描电子显微镜、Ｘ射线能量色散谱仪和Ｘ射线衍射技术，考察了磨痕和磨屑的形貌、元素分布和物相组成；讨论了涂层分别与给定的３种材料配副时的磨损机理．结果表明：涂层与不同材料对摩时的磨损量差别很大，磨损机理也明显不同——涂层与不锈钢对摩时的磨损表现为层状颗粒的断裂与剥离；涂层与Ｓｉ３Ｎ４对摩时的磨损主要表现为涂层颗粒的断裂和断裂颗粒的脱碳氧化；

真空熔烧镍基合金-碳化铬复合涂层抗热疲劳性能的研究

研究了用真空熔烧法制得的镍基合金 -碳化铬复合涂层的热疲劳行为。结果表明 ,复合涂层的热疲劳行为与热循环上限温度、涂层厚度有关。随涂层厚度减薄 ,热疲劳抗力增加 ;随热循环上限温度升高 ,其热疲劳抗力降低。裂纹扩展由快到慢 ,最后停止 ,热疲劳裂纹有沿相界面开裂的特征。

镍基合金─碳化铬复合涂层固体界面的结合问题

借助光学显微镜、扫描电镜、电子探针和Ｘ射线衍射仪等研究了４５钢表面镍基合金—碳化铬真空复合涂层固体界面的结合问题。结果表明，涂层在熔烧过程中，固体界面处不仅存在着由涂层向母材有较高的碳原子扩散，而且还有Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ原子的互扩散，从而形成致密牢固的冶金结合界面。

超音速火焰喷涂碳化铬基涂层的高温摩擦磨损性能研究

利用超音速火焰喷涂方法制备出NiCr/Cr3C2和NiCr/Cr3C2-BaF2.CaF2两种涂层,观察了两种涂层的组织,测定了两种涂层在650℃和800℃下的摩擦磨损性能,进而分析了BaF2.CaF2共晶相对涂层的润滑减摩作用,讨论了两种涂层的适用范围。结果表明,NiCr/Cr3C2-BaF2.CaF2涂层在800℃展现出优异的耐磨自润滑效果,摩擦系数最低,仅为0.2644,磨损率也较小,为5.88×10-6mm3/(N.m);而NiCr/Cr3C2涂层在650℃的磨损率更小,仅为3.66×10-6mm3/(N.m)。两种涂层在不同温度下表现出不同的摩擦磨损机制:NiCr/Cr3C2涂层在650℃和800℃均表现为典型的粘着磨损,但在650℃时有疲劳迹象,在800℃时则发生严重塑性变形;NiCr/Cr3C2-BaF2·CaF2涂层在650℃以磨粒磨损为主,在800℃时,由于氟化物润滑膜的作用,仅发生轻微的粘着剥落。

碳热还原法制备纳米碳化铬粉末及其特性表征

以纳米Cr2O3和纳米碳黑为原料,采用碳热还原法制备纳米碳化铬(Cr3C2)粉末。采用XRD、SEM和TEM等测试手段对反应产物进行表征。结果表明:当碳含量为28%(质量分数)、反应温度为1 100℃及保温时间为1 h时,反应产物为单一的Cr3C2,平均晶粒尺寸为25.6 nm;反应产物分散较好且颗粒呈球形或类球形,无明显团聚现象,颗粒尺寸在30 nm左右;试样表面主要由Cr、C和O这3种元素组成,O 1s谱主要包括3个峰(Oa,Oh和Od),分别对应于O、OH和Cr2O3;C 1s谱主要包含4个峰(Cf,Cc,Cd和Ce),分别对应污染碳、碳化铬(Cr3C2)及其他类型的碳化铬Cr3C2 x(0≤x≤0.5)。

超音速火焰喷涂含氟化物的碳化铬/镍铬涂层结构及性能

采用超音速火焰喷涂技术制备用于航空发动机刷式封严系统的含氟化钙、氟化钡的碳化铬/镍铬自润滑耐磨涂层。对涂层各项性能进行了检测和分析:涂层显微组织结构均匀,结合强度大于60 MPa,硬度值86～90 HR15N,680～720 HV0.3,耐风冷热震循环次数1000次以上,最大摩擦因数不超过0.15。结果表明,超音速火焰喷涂含氟化钙、氟化钡的碳化铬/镍铬自润滑耐磨涂层综合性能优异,可以作为刷式封严系统的封严涂层。

钨极氩弧熔覆原位自生铁基碳化铬涂层组织与性能

以铁基合金粉(G302)和石墨粉(C)为原料,利用氩弧熔覆技术在Q235钢表面原位合成了碳化铬增强铁基复合涂层并对涂层的组织和性能进行了表征。结果表明:涂层和基体结合良好,冶金反应比较充分;当粉末配比为G302∶C=50∶3时,涂层主要由(Cr,Fe)_7C_3、(Cr,Fe,Ni)相组成;随着石墨粉比例的增加,碳化物含量增加,当粉末配比为G302∶C=50∶4和G302∶C=50∶5时,涂层中出现了(Cr,Fe)_(23)C_6相,当G302∶C=50∶5时,初生碳化物呈现U型和刀状形态。涂层中碳化物增强相从底部到顶部不断增多,呈现梯度分布的特征。试样显微硬度从母材到涂层表面呈现梯度增长,粉末配比为G302∶C=50∶5时,涂层显微硬度可达950 HV0.1。

碳化铬/Ni_3Al复合材料的高温抗氧化性能

对比研究碳化铬/Ni3Al复合材料和传统高温耐磨材料Stellite 12合金在1000℃时的高温氧化行为。结果表明,Stellite 12合金表面形成以Cr2O3为主的氧化膜,并发生明显剥落;而碳化铬/Ni3Al复合材料表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜,其空气中的氧化速率仅为Stellite 12合金的1/2,碳化铬具有良好的抗氧化稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性。分析认为,碳化铬在堆焊过程中发生溶解导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进α-Al2O3的形成,从而改善复合材料的抗氧化性。而材料表面所形成的氧化膜类型是两种材料抗氧化性差异的主要原因。

镍基-碳化铬硬面复合涂层的疲劳强度

采用真空熔覆方法,在Q235 A试样表面制成厚0.1mm的镍基 碳化铬硬面复合涂层。通过试验比较涂层试样与无涂层试样的疲劳寿命。借助测量结合界面附近的化学成分,不仅得到了涂层与母材之间的元素扩散情况,而且能够分析界面的结合强度。

镍基合金－碳化铬复合涂层耐磨特性的研究

用真空熔烧法在４５＃钢表面制取了镍基合金－碳化铬复合涂层，用扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪分析了这种涂层的微观结构、物相组成和性能，并对这种涂层的耐磨特性进行了试验研究．结果表明：镍基合金－碳化铬复合涂层与底材形成了牢固的冶金结合，同时还含有较高比例的硬质相；碳化铬的加入使涂层的耐磨性显著提高，在给定的试验条件下分别于干摩擦和２０＃机械油润滑时。

碳化铬／铁基自熔合金复合涂层真空反应钎涂

以纯铁粉、硅粉、硼铁粉、铬铁粉、胶体石墨及镍粉为原料,通过真空反应钎涂在低碳钢基体上制备了碳化铬／铁基自熔合金复合涂层,涂层表面光滑、平整且与基体为冶金结合。应用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计,研究了涂层的组织结构、成分分布和硬度分布。结果表明：涂层为复合结构,其组织由Fe-Ni固溶体基底和原位合成的六棱柱Cr_3C_2相组成。涂层与基体间存在过渡区,过渡区内元素和硬度呈梯度分布；涂层表面硬度可达85HR15N以上。

自蔓延高温合成碳化铬金属陶瓷熔覆层

利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）熔铸技术，将碳化铬的高温熔体铺展在平面样品的钢表面上，从而形成厚度为几毫米的熔覆层。为克服碳化铬与底材的润湿问题，采用与Ｆｅ有良好互溶性的Ｃｒ作为润湿功能层，在此基础上，使Ｃｒ－Ｃ合金层中的碳作阶梯改变，从而获得了梯度熔覆层结构。来用Ｎ２加压（＜２０ＭＰａ）和预热工艺（≤３００℃）等措施，控制反应燃烧温度，改善熔体流动性，增大熔渣分离速度，有利于提高熔覆层表面平滑程度。研究认为，良好的结合强度来源于界面间强烈的冶金作用以及梯度成分分布。

碳热还原法制取碳化铬、金属铬的热力学分析

分析了以Cr2O3和C为原料用碳热还原法制取Cr3C2和金属铬的热力学原理。结果表明,Cr2O3的碳热还原反应机理有2种,即主要依靠CO/CO2传质的气-固反应以及碳与Cr2O3之间固相扩散传质的固-固反应。前者的反应温度低于后者,何种反应机理占主导地位取决于Cr2O3和C的初始混合态。无论制取Cr3C2还是金属铬,最好都在真空气氛下进行,制取Cr3C2的反应温度比制取金属铬的低,制取金属铬的真空度不宜太高。

超声辅助换向脉冲喷射电沉积钴–碳化铬复合镀层

采用超声辅助换向脉冲喷射电沉积技术在45钢表面制备了Co–Cr_3C_2复合镀层。研究了超声功率和超声间歇时间对Co–Cr_3C_2复合镀层的Cr_3C_2颗粒质量分数、微观形貌、显微硬度、表面粗糙度和耐磨性的影响。超声波的加载极大地改善了复合镀层的组织结构和性能。超声功率为36 W、超声间歇为8 s时,Co–Cr_3C_2复合镀层的表面粗糙度最低,均匀致密,鲜有孔隙,Cr_3C_2颗粒在镀层中的质量分数达到26.85%并均匀地分布在钴基质中,其显微硬度高达695 HV,摩擦因数仅为0.12。该复合镀层在800℃时仍有很好的热稳定性。当热处理温度高于500℃时,复合镀层的显微硬度明显高于硬铬镀层。

汽轮机通流部件防固体颗粒侵蚀碳化铬涂层的研制及应用

为了开发新一代用于汽轮机通流部件的防固体颗粒侵蚀技术,采用超音速火焰喷涂方法制备了碳化铬防固体颗粒侵蚀涂层,并对碳化铬涂层进行了金相组织、硬度、结合强度、抗微粒冲蚀性能分析。结果表明:碳化铬涂层组织均匀、致密,孔隙率小于1%;涂层显微硬度达738~980 HV;结合强度平均值达65 MPa以上;抗冲蚀性能是基体材料的1.6倍。对超超临界机组组焊导叶片(隔板静叶)喷涂碳化铬涂层组织与性能进行了分析,最终通过开发独创性的工装及喷涂程序,将碳化铬涂层应用于多台份660 MW、1 000 MW等级火电机组通流部件。

焊接材料对碳化铬堆焊复合钢板耐磨性能的影响

在工业加工应用中,滑动磨损会导致非常严重的设备组件损耗。堆焊板是众所周知的既经济又实用的耐磨损材料。本文主要研究和对比铁基碳化铬以及铁基碳化铬加硼焊丝对复合堆焊板磨损性能的影响。研究表明;堆焊层的耐磨损特性主要取决于碳化物的体积比、表面硬度及其合金成分。在奥氏体基体组织形成的碳化硼会提高加硼堆焊板堆焊层表面硬度,其细小的碳化硼颗粒提供了更多的碳化铬形核区,从而增加了碳化铬晶粒形成数目及体积分数,而使耐磨损性能优于普通碳化铬堆焊复合钢板。研究发现,堆焊板的耐磨性与碳化物的体积分数成正线性关系,与表面硬度没有很强的相关性。堆焊板的耐磨性随碳含量的增加而线性增加。试验结果显示,形成最多的碳化物的w(Cr)/w(C)比是4.1。