微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%~70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。

陶瓷基高温自润滑复合涂层的制备及摩擦学性能研究进展

摩擦磨损大多数情况下不利于机械设备,我国作为机械制造大国,降低摩擦磨损对工业进步及可持续发展有重大意义。陶瓷基高温自润滑复合涂层作为工业应用中常见体系之一,主要以硬质陶瓷为基体,并掺杂润滑材料作为第二相组成,使其一方面继承陶瓷相优异的高温稳定性及强度,另一方面提高在常见摩擦环境下的润滑性能,因此被广泛应用于船舶、航空航天、生物科技、高速列车等领域,受到研究人员的广泛关注与探索。本文以陶瓷基高温自润滑复合涂层为中心,首先阐述复合涂层及固体润滑材料的基本分类;其次综述不同制备方法的最新研究进展,重点关注工艺参数对制备陶瓷基高温自润滑涂层性能的影响及改善方法;然后归纳改善陶瓷基高温自润滑复合涂层表面摩擦学性能的关键因素,探讨了提升减摩耐磨性能的可行性和研究潜力;最后总结目前陶瓷基高温自润滑复合涂层存在的问题,主要有以下2点:(1)对复合涂层的物相分析仍以解释现象为主,没有完整的理论基础;(2)对不同制备工艺下复合涂层结构和摩擦学性能的改善手段较单一。因此提出相应的解决办法以及未来可能的发展方向:(1)研究陶瓷基体和不同润滑相、附加组元、高温环境的协同作用机理,建立系统的理论基础;(2)针对不同制备工艺的成型机理,重点研究工艺参数的协同作用对复合涂层微观结构形成的影响,扩展制备工艺的改善方法。

石墨/ZTA自润滑陶瓷基复合材料摩擦学特性的研究

采用热压工艺制备了石墨／ZTA自润滑陶瓷基复合材料，并研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损特性。结果表明，适量的石墨加入将显著降低陶瓷的摩擦系数，显示出良好的自润滑特性。石墨含量过高，不仅加剧材料的磨损，且使材料的摩擦系数提高，复合材料的磨损过程中会产生剥落、犁沟。

Al_(2)O_(3)+TiO_(2)复合颗粒对激光熔覆Inconel 718基润滑涂层显微组织及高温磨损行为的影响研究

针对Inconel 718镍基合金易在宽温域条件下发生磨损失效的问题,选用2种不同含量Al_(2)O_(3)+TiO_(2)颗粒(10%,20%,质量分数)作为陶瓷增强相,利用激光熔覆技术制备了2种Inconel 718-MoS_(2)-Al_(2)O_(3)-TiO_(2)高温耐磨润滑复合涂层,系统地研究了复合涂层的微观组织、力学性能和摩擦学性能,以为其在摩擦学领域的应用提供数据支持。结果表明:复合涂层主要由γ-Ni固溶体、γ'-Ni_3(Ti, Al)金属间化合物、Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)陶瓷增强相以及MoS_2润滑相共同组成。当TiO_(2)和Al_(2)O_(3)的含量达到20%时,更高含量的Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)有利于涂层高的硬度和弹性模量,显微硬度最高可达455 HV_(0.3),然而会造成Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)物相晶粒粗大,不利于弹性模量和抗塑性变形能力的提升。当摩擦温度为室温~200℃时,TiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量为10%的复合涂层的摩擦系数和磨损率显著升高并达到了最大值,磨损机理主要为磨粒磨损和片层脱落;随着温度升高到400℃,涂层磨痕表面能够形成连续氧化膜促使磨损率显著降低。当温度达到600~800℃,2种复合涂层摩擦表面都能形成连续光滑的氧化膜起到润滑效应,使摩擦学性能得到显著改善,特别是磨损率相比于Inconel 718合金涂层降低1个数量级。当TiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量达到20%时,复合涂层在中高温下有更优异的摩擦学性能。通过对比发现Inconel 718-MoS_(2)-Al_(2)O_(3)-TiO_(2)复合涂层相比于Inconel 718合金涂层在室温~800℃表现出更优异的摩擦学性能。

陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

等离子喷涂制备镍基自润滑复合涂层的研究

为提高车轴用材料35CrMo的耐磨性,在Ni60A中添加粒度均为(-280~340)目的二硼化钛TiB2钴Co和铬Cr粉;将等离子喷涂和均匀设计方法引入轴减磨抗磨设计中,在35CrMo上等离子喷涂制备200μm镍60A基二硼化钛TiB2、钴Co、铬Cr复合自润滑涂层。研究结果表明:由SEM可看出涂层与基体结合良好且涂层呈层状结构分布,由EDS可看出各元素渗透到了Ni60A基体里并产生了冶金结合;将验证组结果和神经网络预测值对比,磨损误差在12%之内,显微硬度误差在11%之内,涂层相比基体耐磨性提高了6倍,显微硬度提高了3倍;可从人工神经网络的预测结果中选出具有优良性能的镍60A基二硼化钛TiB2、钴Co、铬Cr复合自润滑涂层的配比范围。

金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层的裂纹成因及控制方法

参考了较多国内外有关文献,较为系统地分析了金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层裂纹的形成机理,总结出降低裂纹倾向的方法:选择合适的激光熔覆参数;激光熔覆时对金属基体进行预热或后热处理;采用添加中间过渡层或梯度涂层的方法;在金属基体激光熔覆陶瓷基复合材料中添加增韧、增塑元素。这些方法为控制金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层的裂纹形成提供了有益参考。

树脂基复合材料用陶瓷涂层防护性能分析

采用等离子喷涂铝粉作为打底材料在碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(PMC)基体上制备了Al2O3和ZrO2轻质陶瓷防护涂层,测试了涂层的剪切结合强度、耐热循环性能、抗冲蚀性能、隔热性能。结果表明,等离子喷涂铝粉作打底层的涂层系统,性能优于电弧喷铝或电弧喷锌作打底层的涂层系统。带有Al2O3涂层的试样失重不到基体材料失重的1/3,Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的冲蚀防护。Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的隔热防护,ZrO2涂层隔热性能优于Al2O3涂层。

包渗法制备C_f/SiC陶瓷基复合材料MoSi_2—SiC—Si防氧化涂层

采用包渗法制备了Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2 —SiC—Si防氧化涂层 ,研究了渗层同埋粉关系、包渗时间对包渗结果的影响 ,并对涂层防氧化性能进行了分析。结果表明 :包渗法制得的涂层致密、无裂纹 ,涂层起到了良好的防氧化作用 ,140 0℃在空气中氧化 1h后试样的质量保留率为 94.1% ,保留强度为2 94.

纯铜表面反应热喷涂法制备Al2O3基复合陶瓷涂层

采用热喷涂技术,以Al-CuO为主反应体系,在纯铜表面制备Al2O3基复合陶瓷涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了复合陶瓷涂层的组成及组织形貌。结果表明,在涂层间及涂层内部有NiCu及AlxCuy化合物生成,其有助于增强涂层的结合性能,实现了复合陶瓷涂层与过渡层为机械、微区冶金和化学结合并存的结合方式。当喷距为150mm时,陶瓷涂层表面粒子融化率较高,粒子成扁平片状,同时Al的适当过量可以起到弥补喷涂过程中Al的损失并为体系提供良好液相环境的作用。

碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化涂层研究进展

对碳纤维增强陶瓷材料抗氧化涂层的要求、组成与制备工艺以及最近抗氧化涂层体系的发展做了综述 ,并且对今后抗氧化涂层的发展作了一些展望。

C/SiC陶瓷基复合材料表面Si/SiC涂层制备

采用新的泥浆预涂层 -反应烧结工艺在 C/ Si C复合材料表面制备 Si/ Si C致密涂层 ,重点研究了原材料、工艺条件对涂层性能的影响 ;采用 XRD分析涂层的组分及晶体结构 ,采用 SEM分析涂层的断口形貌。结果显示 ,采用 MC为胶粘剂、较低的裂解升温速度制备的预涂层性能最好 ;无 Si气氛存在直接高温烧结制备涂层性能差 ,而在真空环境下、 14 5 0～ 16 0 0℃温度范围高温烧结能够制备出致密的 Si/ Si C涂层 。

热障陶瓷基复合涂层的显微组织分析

本文通过电子显微镜和X衍射分析仪对陶瓷基复合耐热涂层(Al_2O_3-FNA_1-Cu)的显微组织进行了研究。着重分析了火焰喷涂陶瓷基复合粉末涂层的扩散反应和液相烧结,以及晶粒细小等特征。文中还讨论了这些显微结构特征对徐层结合强度、耐热性能和抗热震性能等的影响。

高温树脂基复合材料防护用轻质陶瓷涂层的制备

研究了采用Ni-3%Al粉末和纯铝、纯锌作为打底材料在碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(PMC)基体上制备Al2O3轻质陶瓷防护涂层的可行性,测试了涂层的剪切结合强度和耐热循环性能。结果表明,等离子喷涂Ni-3%Al粉末会对PMC基体造成破坏,不适合于作为PMC基体上的打底材料。电弧喷铝也会对基体造成一定程度的破坏,结合强度和耐热循环性能较低。采用低电压、小电流电弧喷锌,可以获得和基体结合良好打底涂层,涂层剪切结合强度达10.45MPa。在其上制备的Al2O3陶瓷防护涂层耐热循环性能良好。

Cf/SiC陶瓷基复合材料防氧化涂层制备工艺研究

本文主要探索了以有机硅先驱体聚碳硅烷为粘结剂、采用热压烧结的方法制备Cf/SiC陶瓷基复合材料及碳化硅防氧化涂层的一体化工艺,探讨了聚碳硅烷含量、热压温度和压力对涂层防氧化效果的影响,并对涂层前后的Cf/SiC复合材料的防氧化性能进行了比较。结果表明:采用该工艺制备的SiC涂层Cf/SiC复合材料的防氧化性能显著提高。

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。

陶瓷基复合材料及其环境障涂层发展现状研究

陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)的保护下长期服役。首先介绍了陶瓷基复合材料和环境障涂层的整体发展现状,其次分别对陶瓷基复合材料和环境障涂层进行详细论述;综述了陶瓷基体、纤维、界面层和陶瓷基复合材料的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者新的研究成果;同时介绍了环境障涂层的研究进展、制备方法,并综述了其失效机理的研究进展;总结了陶瓷基复合材料和环境障涂层当前存在的问题,并对今后研究工作的重点作出了展望。

新型陶瓷基复合超疏水涂层的制备及其性能

为了研究开发新型超疏水涂层的制备方法,改善涂层的结构与性能,以Al_2O_3-40%TiO_2(AT40)、PFA(全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)粉末为原始材料,采用大气等离子喷涂(APS)技术,并调整电流、氩气流量等喷涂参数,在铝合金基体表面制备了两种不同的AT40/PFA复合超疏水涂层。利用相对应的测试仪器及分析手段对喷涂态涂层的相组成、显微结构、摩擦系数及基本性能等进行了表征分析。结果表明,两种涂层的相组成均为C_(20)F_(42)、Al_2TiO_5及少量的γ-Al_2O_3、α-Al_2O_3相;涂层表面均为圆形和椭圆形的粒状突起结构,其中突起结构的表面均存在类似荷叶表面结构的二元微纳米乳突结构,其表面粗糙度为9.3μm和12.41μm;所得涂层具有良好的综合性能,与水的静态接触角均达到了150°以上,滚动角为4～5°;在其他参数不变的情况下,随着电流的增大及氩气流量的减小,涂层中的陶瓷相含量增加,涂层的粗糙度、摩擦系数、显微硬度及结合强度均增大。

铝基陶瓷复合涂层表面粗糙度控制工艺研究

采用大功率电弧喷涂技术制备新型铝基陶瓷复合涂层,开展喷涂压力与涂层表面粗糙度对应关系研究.实验结果表明：喷涂压力与涂层表面粗糙度总体呈反比关系;当喷涂压力低于0.25MPa 后,涂层结合强度骤减,孔隙率增大;当喷涂压力在0.25 ～ 0.5MPa 时,涂层表面粗糙度与喷涂压力近似呈线性关系,可通过工艺控制量化定制涂层表面粗糙度;当喷涂压力大于0.5MPa 后,涂层表面粗糙度、结合强度与孔隙率逐渐趋于稳定.

激光复合热喷涂技术制备陶瓷基涂层研究现状

当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展,装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题,迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激光熔覆2种工艺的优点,在制备低缺陷–强结合–高性能陶瓷基复合涂层方面具有独特优势,可以显著提升装备零部件表面的耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。首先从涂层的组织形貌、腐蚀、抗氧化及抗热震性能方面阐述了激光重熔对等离子喷涂YSZ陶瓷涂层的影响机制。其次梳理了激光重熔工艺对等离子喷涂Al_(2)O_(3)基陶瓷涂层在显微结构、硬度、耐磨和抗热震性能方面的研究成果;总结了激光重熔对以Co-WC和NiCr-Cr_(3)C_(2)为典型材料体系的陶瓷/金属复合涂层结构和性能的影响;总结了激光重熔/原位辅助冷喷涂陶瓷基涂层(B4C/Ti+Al等)和原位辅助等离子喷涂陶瓷基涂层(WC基等)的组织和性能特点。最后指出,探寻更多涂层材料体系、研发激光复合热喷涂新技术和实现成形工艺自主智能优化等是激光复合热喷涂陶瓷基涂层技术未来的重点发展方向。