Ti6Al4V表面等离子渗Zr合金层的摩擦磨损性能研究

利用双辉等离子渗金属技术,对Ti6A14V合金进行等离子渗Zr处理,在其表面形成渗Zr合金层来改善钛合金的耐磨性能。用SEM、EDS及显微硬度计研究了渗Zr合金层的组织形貌、成分分布及硬度变化;对渗Zr处理及未处理的Ti6A14V基材进行了往复球一盘摩擦磨损试验,用SEM、EDS及轮廓仪对比分析了Ti6A14V渗Zr前后在不同载荷下的摩擦学性能。结果表明:在Ti6A14V表面形成的Zr合金层厚度约40μm,组织均匀致密;渗Zr后的表面硬度比未处理的提高了200 HV。渗Zr后的Ti6A14V在2N和5N载荷下的平均摩擦系数分别为0.25和0.15,比未处理基材的摩擦系数减少了0.2和0.1,比磨损率分别是Ti6A14V基材的48%和56%,说明钛合金渗Zr后其减摩和耐磨性能均得到改善。Zr的固溶强化作用是Ti6A14V渗Zr后耐磨性得以改善的主要原因。

钛等离子渗氧研究

为了提高钛表面硬度和耐磨性，采用辉光放电等离子渗氧技术对钛进行表面处理．结果表明，渗氧层厚度与氧分压、温度和时间呈明显的对应关系．特别是，在空心阴极辉光放电条件下，离子轰击会加强氧的离子化，促进渗氧，有助于低价态氧化物的形成．在表层所形成的ＴｉＯ其硬度达到或接近ＴｉＮ的硬度水平．

钛合金表面辉光等离子渗钽的研究

利用双层辉光等离子渗金属技术,在钛合金表面渗钽形成扩散层。测量了渗层的显微硬度及钽元素在渗层中的分布,用XRD观察分析了渗层的相结构。并采用WTM-1型球-盘磨损实验机对渗层的摩擦磨损性能进行了研究,采用CS300P型电化学腐蚀工作站在0.5mol/L的稀硫酸溶液中对渗层的耐蚀性能进行了研究。结果表明:在Ti6Al4V合金基体表面形成10μm厚的渗层,表面显微硬度值达到530HV(载荷为0.49N),渗层主要由正方晶-βTa组成。渗层摩擦学性能得以提高,摩擦系数从原来的0.35降为0.20。钛合金渗钽后表面腐蚀速率明显减慢,耐蚀性能进一步提高。

T8钢的低温双辉等离子渗铬研究

研究了 T8钢低温双辉等离子渗铬工艺 ,分析了改性层的显微组织和相结构 ,测量了改性层的厚度、硬度及铬浓度分布 ,并对改性层进行了划痕检验。结果表明 ,T8钢在 90 0℃以下温度进行双辉等离子渗铬也可得到良好的改性层。改性层由沉积层。

AISI316不锈钢表面等离子渗硼及摩擦磨损性能的研究

目的改善AISI316不锈钢的摩擦磨损性能。方法采用双辉等离子合金化技术,以块状Fe B化合物作为源极材料,在AISI316不锈钢表面制备含硼改性层,对渗层组织、成分、相结构和显微硬度进行分析,并研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果经渗硼处理后,AISI316不锈钢表面形成了一层连续、致密、均匀的改性层,主要由Mo2B和Fe B相组成。改性层具有较高的硬度(964HV0.1),较基体硬度提高了约3倍,且耐磨性较基体有明显提高。结论通过在AISI316不锈钢表面制备渗硼改性层,可明显提高基体材料的硬度和摩擦磨损性能。

表面机械研磨处理后H13钢的等离子渗硼研究

为了提高热作模具钢H13的性能,延长模具的使用寿命,本试验将表面机械研磨(SMA)处理与等离子渗硼相结合。通过显微金相技术、扫描电子显微分析技术(SEM)、X射线衍射分析技术(XRD)以及辉光放电发射光谱技术(GDOS)分别对H13钢渗硼后的渗层厚度、表面相组成以及元素逐层分布情况进行了探讨。研究结果表明在650℃×3h等离子渗硼处理后,纳米化表面便有Fe_2B相出现,次表面为扩散层,总渗入深度为30μm左右;在700℃×3h条件下,出现了Fe_2B和FeB的双相组织。而对于原始表面,在650℃×3h处理后表面没有任何硼化物出现,只产生了一定的扩散层。最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺。

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。

ST12钢高能喷丸后表面等离子渗钛

采用高能喷丸方法,在ST12钢表面获得一定厚度的纳米晶层。喷丸处理后的样品在温度500℃,保温时间为3 h下进行等离子渗钛处理,可以获得一定厚度的渗钛层。运用光学显微镜,扫描电镜,X射线衍射分析和电化学测试系统等测试技术对纳米晶层、渗钛层的组织结构、显微硬度与耐腐蚀性等进行了研究。结果表明,采用高能喷丸法,在ST12钢表面获得一定厚度的纳米晶层。高能喷丸处理可以显著地降低等离子渗钛的温度。渗钛处理后的ST12钢,其显微硬度和耐腐蚀性能得到了提高。

TC4钛合金表面等离子渗钼后的摩擦磨损性能

采用双辉等离子冶金技术在TC4钛合金表面进行渗钼处理,并分别在10,20m·min-1的滑动线速度下研究了渗钼前后合金的摩擦磨损性能以及渗钼改性层的物相组成和显微硬度,并探析了磨损机理。结果表明:TC4合金经表面等离子渗钼后,得到了厚度约为30μm、表面显微硬度为1 107.8HV的渗钼改性层,改性层中的钼元素呈梯度分布;渗钼改性层的高硬度和磨痕表面较为完整的氧化膜使TC4合金耐磨性能得到了明显改善;滑动线速度增加后,犁削效应更加剧烈,磨损更严重,所以渗钼改性层的磨损体积和比磨损率均有所增大。

45钢低温双辉等离子渗铬硬化的研究

常规双辉等离子渗铬温度较高(800℃以上),能耗较大。为此,采用双辉等离子渗金属技术,在560℃下对45钢进行了表面渗铬硬化,制备出了性能良好的表面合金改性层。采用X射线衍射仪及其附带的能谱仪测定了渗层物相及成分,采用金相显微镜考察了渗层组织形貌,并采用显微硬度计检测了渗层硬度。结果表明:渗层组织由沉积层及扩散层组成;渗层表层为2～3μm的沉积层,含铬量达到48%以上,沉积层致密并与扩散层结合紧密;内有20～25μm的扩散层,其含铬量呈梯度分布;表面物相由Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6等组成;渗层表面显微硬度达600～700HV,硬度向内呈梯度分布。

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。

40Cr表面双辉低温等离子渗铬后的结构与耐蚀性能

金属表面双辉低温等离子渗铬可提高金属耐蚀性,且不损坏其组织和性能等。在650℃对40Cr钢表面进行双辉低温等离子渗铬,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、辉光放电剥层成分分析仪、X射线衍射仪及电化学腐蚀性能测试对渗铬试样的形貌、成分、元素分布、相结构和耐蚀性能等进行了研究。结果表明:40Cr表面沉积层厚4～5μm,沉积层与基体间出现少量的脱碳层,基体组织均匀、晶粒细小;渗镀试样内铬元素呈梯度分布;基材渗铬后表面铬含量提高,渗铬试样氮化后表层物相以CrN为主;与基材相比,渗铬试样在1mol/LNaCl溶液中的抗点蚀能力增强,耐腐蚀性能提高。

Ti6Al4V表面双层辉光等离子渗铬及渗层的抗高温氧化性能

钛合金常规表面改性技术多存在与基体结合强度差的不足,采用双层辉光等离子渗铬则可解决这一问题。为此,利用双层辉光等离子表面冶金技术对Ti6Al4V合金表面渗铬,通过正交试验优选了最优渗铬工艺主参数,对渗层的抗高温氧化性能进行了研究。从渗层厚度和与基体结合强度方面得到了最优工艺参数:源极电压950V,工件电压400 V,气压35 Pa,极间距12 mm。在此工艺参数下可获得组织均匀、致密、无裂纹及由过渡层、沉积层和扩散层组成的渗铬层,其与Ti6Al4V合金基体间呈冶金结合;且随渗层厚度增加,其抗高温氧化性能更好,原因是渗铬层在高温氧化后生成了组织致密的Cr2O3,有效地阻止了基体进一步氧化,从而显著提高了Ti6Al4V合金表面的抗高温氧化性能。

T10钢低温双辉等离子渗镀铬硬化的研究

采用双辉等离子渗铬＋离子渗氮的复合工艺,以T10钢为基材在560℃研究了该工艺对渗层硬化效果的影响。结果表明：离子渗氮前渗层表面有3-5μm的沉积层,组织致密并与基体结合紧密,基体组织无明显变化;沉积层含铬量达46%以上,扩散层深15-20μm;渗层表面物相均由Fe、Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6等组成;表面显微硬度达650-850HV,硬度向内呈梯度分布。渗镀层经离子渗氮后的组织与氮化前的组织无明显变化,但表面物相为Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6、CrN、Fe4N,表面显微硬度1000-1350HV,较未渗氮前提高65%以上,表明本复合工艺能有效提高铬渗镀层的显微硬度。

TC4等离子渗Mo不同摩擦副条件下耐磨性能研究

研究了TC4合金等离子表面渗Mo处理前后分别在以GCr15、Si3N4、ZrO2为摩擦副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,耐磨性能得到明显改善,主要归因于渗Mo后表面的高硬度。以GCr15为摩擦副时,TC4等离子渗Mo处理后耐磨性能最理想;以ZrO2为摩擦副时,耐磨性提高效果不佳。

双层辉光等离子渗金属技术制备TiN渗层及其耐NaOH溶液腐蚀性能

采用双层辉光等离子渗金属技术在Q235钢表面上制备了TiN渗层;对渗层的组织、硬度、成分和相结构及其耐NaOH溶液腐蚀性能进行了研究。结果表明:该渗层是由TiN颗粒均匀分布的扩散层及表面TiN沉积层组成的梯度结构;渗层表面形貌为胞状组织,颗粒致密均匀,表面为金黄色,渗层厚度可达16μm,与基体实现了冶金结合;渗层表面钛和氮原子比为1∶1,表面显微硬度达到了3 120 HV;渗层中TiN(111)衍射峰强度最大,具有明显的择优取向;渗层在4%的NaOH溶液中的耐腐蚀性能比Q235钢的提高了26.8倍,与1Cr18Ni9Ti不锈钢的相当。

奥氏体不锈钢等离子渗锆合金层的抗高温氧化性研究

研究了0Cr18Ni9Ti不锈钢及其分别经过双辉等离子渗Zr、渗Zr+渗C、渗Zr+预氧化、渗Zr+渗C+预氧化不同工艺阶段处理后的试样在静态空气中的抗高温氧化性。在1150℃静态空气中氧化20h后,经过渗Zr+渗C+预氧化、渗Zr+预氧化、渗Zr+渗C、渗Zr处理的氧化增重分别只有未处理基材的0.04、0.07、0.09、0.12,表明抗氧化性能较未处理的基材都有很大程度的提高,其中经过渗Zr+渗C+预氧化处理后,效果最佳,其次依次是经过渗Zr+预氧化、渗Zr+渗C、渗Zr处理的试样;高温氧化后,不锈钢基材表面氧化严重,氧化层多次剥落,截面上出现了非常宽的裂缝;渗Zr、渗Zr+渗C、渗Zr+预氧化处理、渗Zr+渗C+预氧化处理的试样高温氧化后,表面致密度及截面形貌依次渐好,说明经以上各阶段处理后,材料的抗高温氧化性依次有所提高。特别是经渗Zr+渗C+低温预氧化处理的试样在高温氧化后,截面无孔洞与裂纹,其结构非常致密,表面平整,基体与改性层有一条明显的界面且结合比较牢固。

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。

奥氏体不锈钢表面等离子渗锆合金层的抗酸腐蚀性研究

为提高0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢在特殊应用环境的耐酸腐蚀性能,采用双辉等离子渗金属技术在不锈钢基体表面渗锆,对渗锆合金层的相结构进行检测分析,将奥氏体不锈钢基体试样和表面渗锆试样分别在0.5 mol/LH2SO4溶液、0.5mol/L HNO3溶液、0.5 mol/L HCl溶液进行电化学腐蚀对比试验。结果表明:在H2SO4溶液、HNO3溶液、HCl溶液中,不锈钢基材的相对腐蚀速度分别是渗锆合金层的2.18倍、9.73倍、24.43倍;不锈钢基体表面腐蚀较为严重,而渗锆合金层表面仅出现轻微的局部腐蚀坑。奥氏体不锈钢表面渗锆后,渗锆合金层中合金元素呈梯度分布,且腐蚀时在表面形成了一层致密的氧化锆钝化膜,因而其抗酸腐蚀性能相对基体大幅提升,在HCl溶液比在H2SO4溶液和HNO3溶液中耐蚀效果更明显。

不锈钢表面等离子渗锆改性层渗碳处理后的碳化物及硬度研究

利用双辉等离子渗金属技术在0Cr18Ni9Ti不锈钢表面形成了厚约65μm、均匀致密连续的渗锆合金层,然后对渗锆后的试样进行920℃固体渗碳处理;并对不锈钢基材、渗锆试样及渗锆+渗碳后的试样分别进行硬度检测。结果表明:渗碳后,试样的表面硬度较基材及渗Zr试样均有显著提高,且试样由表及里,硬度呈逐渐降低趋势;920℃固体渗碳后,碳化物呈颗粒状弥散分布在渗层上,无共晶碳化物生成;渗碳层的物相为ZrC、Fe3C、FeC8、ZrFe2、ZrO2、Cr2O3、α-Fe、Fe-Cr、Cr1.36Fe0.52;且实际检测到的试样表面中的含碳量要比理论值略大。