利用FBG传感器测试高温合金和陶瓷基复合材料的应变

利用光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器测量了高温合金和陶瓷基复合材料的应变特性,并与电阻应变片的测量结果进行了对比分析.将FBG应变传感器与电阻应变片分别粘贴在高温合金和陶瓷基复合材料试件的正、反面上,利用力学试验机对2种试件施加载荷,分别利用FBG解调仪和应变测试仪对FBG应变传感器和电阻应变片的信号进行实时解调.研究得出:FBG应变传感器与电阻应变片在一定的应变范围内,测量结果符合较好.因此,FBG应变传感器可代替电阻应变片,实现对材料的应变测量.

不同电流密度下电沉积金刚石增强镍基复合涂层的微观结构与耐磨性能

采用电沉积技术在1,2,5,10 A·dm^(-2)电流密度下制备金刚石增强镍基复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和耐磨性能;通过COMSOL软件对阴极表面镍晶粒生长情况进行仿真,分析了不同电流密度下金刚石颗粒对复合涂层微观结构的优化作用。结果表明:在1,2 A·dm^(-2)电流密度下复合涂层的结构致密均匀,金刚石含量较多,随着电流密度的增大,金刚石含量减少,涂层表面出现金字塔结构;复合涂层呈现出明显的[200]丝织构,随着电流密度的减小,织构强度降低,晶粒尺寸减小。小电流密度下更多金刚石颗粒的沉积阻碍了其底部镍晶粒的生长,且金刚石颗粒周边较高的电流密度使得金刚石对镍晶粒的细化作用加强。在干摩擦的条件下,随着电流密度的增大,复合涂层的稳定摩擦因数和磨痕尺寸增大,磨粒磨损程度增大,耐磨性能降低;当电流密度为1 A·dm^(-2)时,复合涂层的稳定摩擦因数最小,磨痕深度和宽度最小,耐磨性能最好。

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。

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。

H13钢表面激光熔覆NbC/Ni60复合涂层组织及高温耐磨损性能

目的研究NbC颗粒的加入量对H13钢表面激光熔覆NbC/Ni60复合涂层的组织、硬度和耐磨性的影响。方法将Ni60合金粉末与NbC碳化物粉末球磨混合,采用激光熔覆技术,在H13钢基体表面制备不同NbC含量(质量分数分别为0%、10%、20%、30%)增强的NbC/Ni60合金复合涂层。采用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪对复合涂层的微观组织和物相进行分析。借助显微硬度计,研究复合涂层的截面显微硬度分布规律。采用高温摩擦磨损试验机测试复合涂层在真空400℃下的摩擦磨损性能。结果在激光熔覆NbC/Ni60复合涂层中,物相主要由γ-(Ni,Fe)固溶体、Ni_(2)Si、CrB、Cr23C6、NbC组成;熔覆层以胞晶和枝晶为主,NbC含量对复合熔覆层组织及形态具有显著影响,加入少量NbC可使熔覆层组织细化;在NbC的质量分数为20%时,大量弥散的NbC颗粒在枝晶间呈聚集趋势;在NbC的质量分数为30%时,熔覆层中NbC相呈现块状、花瓣状形貌。NbC/Ni60复合涂层的硬度显著高于H13钢基体,随着NbC含量的增加,NbC/Ni60复合熔覆层的显微硬度逐渐升高,NbC的质量分数为30%的NbC/Ni60复合熔覆层的平均硬度高达848HV。在真空400℃、压力100 N、转速100 r/min、时间7200 s磨损工况下,NbC质量分数为20%的NbC/Ni60复合涂层的磨损量最小,因此其高温耐磨性最好。NbC质量分数为10%的NbC/Ni60复合涂层的摩擦因数最小。随着NbC含量的增加,复合涂层的摩擦因数反而升高。结论NbC/Ni60复合涂层与H13钢基体具有很好的冶金结合,显著提高了高温耐磨性能;NbC颗粒硬质相具有较好的增强作用,能够明显提高NbC/Ni60复合涂层的硬度和耐磨性;粗大NbC相不利于复合涂层耐磨性的进一步提高。NbC/Ni60复合涂层的磨损机制主要为磨粒磨损、疲劳剥落磨损。

超高温陶瓷改性C/C复合材料抗烧蚀性能研究进展

随着航空航天事业的发展,C/C复合材料被广泛应用于该领域,但是高温抗氧化性能较差的缺点限制了它的使用范围。通过基体改性的方法将超高温陶瓷(UHTCs)引入到C/C复合材料中是提高C/C复合材料抗氧化烧蚀性能的主要方法。本文主要介绍了不同超高温陶瓷相对C/C-UHTCs复合材料烧蚀性能的影响,分析了相应的烧蚀机理和烧蚀性能不同测试方法的特点,并针对C/C-UHTCs复合材料的长效热防护、性能优化作出了展望。

激光熔覆MoSi_(2)颗粒增强Co基涂层的耐磨性能研究

奥氏体不锈钢因低硬度和较差耐磨性限制了其应用,故改善不锈钢表面性能对于促进其应用有重要的工程意义。利用激光熔覆技术制备了不同质量分数(0,20%,40%)的MoSi_(2)增强Co基合金的复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)等方法研究了MoSi_(2)的添加量对复合涂层的显微组织、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:MoSi_(2)的加入使复合涂层显微组织柱状晶向等轴晶和平面树枝晶转变,且具有细化组织的效果;随着MoSi_(2)含量的增加,Co基复合涂层的显微硬度和耐磨性能也随着提高。当MoSi_(2)的含量为40%时,MoSi_(2)/Co基复合涂层的显微硬度高达1455HV_(0.2),磨损率为6.9×10^(-5) mm^(3)/(N·m);在凝固过程中形成的硬质相(Cr_(5)Si_(3)、MoSi_(2)、Mo_(5)Si_(3)和Co_(2)Mo_(3))和(Fe、Cr、Co)Si_(2)新型固溶体显著提高复合涂层的耐磨性能;MoSi_(2)增强Co基合金涂层的磨损机制随着MoSi_(2)含量的增加发生转变,即由磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形的协同作用转变为黏着磨损、脆性微断裂和氧化磨损。

镍基复合涂层研究现状

镍基复合涂层是目前广泛应用于碳钢,铝合金,钛合金表面改性的金属基复合涂层之一,因其性价比高,耐蚀性,耐磨性良好等特点而获得了航空航天,国防,化工等领域的关注,目前已经研究出如碳化钨强化镍基涂层等多种满足实际需求的镍基复合涂层。然而,现代工业应用要求更高的涂层性能,传统镍基复合涂层存在耐磨与耐蚀性能不足的问题,且基础机理研究尚不够深入。在此基础上,从制备工艺,典型的加强相以及涂层的功能性方面进行了分类综述,介绍了镍基功能涂层目前的研究进展与部分形成机理。最后提出了镍基复合涂层领域现存在的几个问题,并对其未来的研究进行展望。

耐高温吸波陶瓷及其涂层的研究进展

随着近现代科技的发展,高速飞行器对生存能力需求不断提高,其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露。传统吸波材料普遍不能应用于高温环境,为了能够隐藏高速飞行器的高温部件,吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视,耐高温吸波陶瓷材料可以实现上述背景下的应用。为提供分析和改善陶瓷吸波材料高温程度有限和吸收带宽较窄问题的依据,对引入温度影响后,耐高温吸波陶瓷材料的吸波机理进行了阐述。耐高温吸波陶瓷材料与涂层可以分为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和聚合物转化陶瓷。本文在此分类的基础上,对陶瓷吸波材料和涂层损耗电磁波机理及其高温条件下的吸波性能进行了归纳总结,并指出未来耐高温吸波陶瓷材料应改善现有材料耐高温程度不足以及有效吸收带宽较窄的问题,进而加强其在高温条件下的服役能力。

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。

镁合金表面制备金属和金属/陶瓷复合涂层的研究进展

利用磁控溅射技术制备金属/陶瓷复合薄膜可以改善零件的绝缘、耐蚀、耐磨等性能。本文综述了磁控溅射技术制备金属和金属/陶瓷复合薄膜的研究现状。简要地探讨了不同类型薄膜的耐腐蚀性和耐磨损性,重点分析了工艺参数以及过渡层对薄膜组织结构和耐蚀耐磨性能的影响。最后展望了未来磁控溅射技术制备金属/陶瓷复合薄膜的发展趋势。

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。

Ti6Al4V合金激光熔覆镍基高温自润滑耐磨复合涂层研究

为提高Ti6A14V合金的摩擦学性能，以金属陶瓷NiCr-Cr3C2和自润滑颗粒CaF2复合合金粉末为涂覆材料，采用激光熔覆技术在Ti6A14V表面制备出以TiC为增强相、CaFz为自润滑相、NiCr／TiC共晶为增韧相的高温耐磨自润滑复合涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析了涂层的物相组成及显微组织，测试了涂层沿层深方向的硬度分布，分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6A14V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明：团絮状NiCr／TiC共晶和球状CaF2分布在TiC基体中，涂层的平均硬度约1150HVo。，为基体的3～4倍。从室温到600℃，激光熔覆镍基高温自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6A14V合金基体显著降低，该复合涂层具有较好的高温自润滑耐磨性能。

复合电沉积陶瓷颗粒增强金属基复合涂层研究进展

根据国内外对复合电沉积制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层研究结果,对复合电沉积的基本概念、机理以及复合电沉积方法主要分类进行了归纳和概述,对耐磨、耐蚀和抗高温氧化陶瓷颗粒增强金属基复合涂层进行了分类讨论,重点综述了其组织结构和性能特点及其影响规律等。在此基础上,对复合电沉积陶瓷颗粒增强金属基复合涂层发展前景进行了展望。

Fe⁃Al基复合材料及其涂层高温耐磨性的研究进展

Fe⁃Al金属间化合物(主要是指FeAl和Fe_(3)Al)因其成本低、熔点与钴相近、强度重量比高、具有优异的耐蚀性和抗氧化性等优点而受到广泛关注。主要介绍了陶瓷颗粒作为增强相制备Fe⁃Al基复合材料及涂层的方法和高温摩擦磨损机理。相关结果表明,陶瓷增强相不仅能提升Fe⁃Al基复合材料及涂层的力学性能,还能显著提升该材料的高温摩擦性能。

金属基高温耐磨陶瓷涂层的研制及耐磨性能的影响因素

本课题研制了一种用陶瓷骨料与自制无机胶粘剂为原料 ,具有高温耐磨性能的陶瓷涂层配方 ,并探讨了影响涂层耐磨性能的因素。发现 :当磷酸铝胶粘剂中Al2 O3与P2 O5 之比为1 3∶3～ 1 4∶3,涂层中的骨料与胶粘剂的配比为 1 7∶1 ,且骨料中粗颗粒含量为 40～ 5 0 %时 。

改善激光熔覆镍基复合涂层耐磨性研究进展

激光熔覆镍基涂层具有结合强度高、耐磨性好的优点,在提升材料表面性能中发挥重要作用。普通镍基涂层中耐磨硬质相数量少,其硬度和耐磨性难以满足零件在恶劣环境下的使用要求。为进一步提升涂层的耐磨性,国内外学者在涂层中机械外加或原位合成硬质陶瓷颗粒,或在涂层中加入石墨烯、碳纳米管和稀土氧化物,或在工艺参数与涂层性能之间建立预测模型,使用自适应混沌差分进化算法、灰色关联分析法等算法对工艺参数进行优化,或在激光熔覆时采用辅助处理。综述了涂层成分、工艺参数和辅助处理对镍基复合涂层耐磨性的影响,并对激光熔覆镍基复合涂层的发展进行了展望。

金属基高温耐磨陶瓷涂层的研制及耐磨性能

研制了一种用陶瓷骨料与自制无机胶粘剂为原料,具有高温耐磨性能的陶瓷涂层配方,探讨了影响涂层耐磨性能的因素。发现:当磷酸铝胶粘剂中Al2O3与P2O5之比为1.3:3～1.4:3,涂层中的骨料与胶粘剂的配比为1.7:1,且骨料中粗颗粒含量为40%～50%时,所配制的涂层耐磨性能最佳。

金属基陶瓷复合涂层制备研究

针对金属材料易被自然环境中盐雾、湿度、辐射等因素腐蚀,导致使用寿命下降的问题,制备一种金属基陶瓷复合涂层。首先,依据专家经验制备3种样品,采用抗冲击次数和硬度进行表征,并进行性能测试;对测试结果进行相关性分析;根据相关性分析结果优化配方,重修制备样品,并进行性能测试;将4种样品进行性能比较,择优进行工程应用。结果表明,所制备涂层具有较高的硬度与较强的抗腐蚀性。

等离子熔覆铁基金属陶瓷复合涂层的耐磨性能

采用等离子熔覆技术，在调质C级钢表面原位生成铁基金属陶瓷复合材料涂层。利用SEM，XRD和EDS等分析了涂层的显微组织：在室温干滑动磨损及高温滑动磨损条件下测试了涂层的耐磨性，并讨论了磨损机理：结果表明，涂层由Cr7C3增强相和γ-Fe固溶体与少量CrC3构成的共晶组成；涂层组织细密，无大的显微孔洞及裂纹。由于占涂层体积分数较高的耐磨增强相Cr7C3的存在，使涂层在室温磨损试验条件下随载荷增加而磨损质量损失增加极为缓慢，对载荷变化不敏感；400～600℃高温滑动磨损条件下，试验温度越高，涂层的耐磨优势越明显。涂层在室温和高温干滑动磨损条件下磨损表面都比较光滑，均具有优良的耐磨性能。