真空热处理强化AlCrSiN/Mo涂层研究

采用复合脉冲磁控溅射技术沉积AlCrSiN/Mo涂层,并利用真空热处理方式改善涂层微观结构和性能。利用SEM、XRD、EDS、纳米压痕仪、划痕仪、应力测试仪、摩擦磨损试验机分别对沉积态、600℃、700℃、800℃、900℃真空热处理后的AlCrSiN/Mo涂层元素成分、微观结构、力学性能及摩擦磨损性能进行测试。实验结果表明:经真空热处理后,AlCrSiN/Mo涂层仍保持nc-(Al,Cr,Mo)N/a-Si_(3)N_(4)的纳米复合结构,并沿(200)晶面择优生长,涂层中hcp-AlN相消失;涂层表面颗粒生长更加充分,组织结构更加致密,孔隙率减少;硬度、韧性及残余应力均有所增加,临界载荷下降,耐磨性能得到一定改善。当热处理温度达到900℃时,涂层表现出最好的综合性能,硬度H高达17.60 GPa,表面质量最佳,摩擦系数和磨损率最低,分别为0.61和1.69×10^(-3)μm^(3)/(N·μm),此时H/E和H^(3)/E^(*2)最高。

Mo含量对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)高熵合金涂层组织与性能的影响

目的研究Mo含量的变化对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)高熵合金涂层的影响。方法使用RFL-C1000光纤激光器,在45钢基体表面制备CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)高熵合金涂层,并利用Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪、显微硬度仪、电化学工作站对熔覆层的宏观形貌与稀释率、相结构、微观组织结构、硬度、耐腐蚀性能进行测试与分析。结果加入Mo元素后,结合状态与表面形貌良好,当x=0~0.4时,涂层微观组织主要呈树枝晶形态,且晶粒逐渐变细。当x≥0.6时,涂层表面开始有裂纹产生。随着Mo元素的添加,涂层逐渐析出σ相,晶粒尺寸逐渐减小。当x=0.8时,有共晶组织形成。涂层显微硬度随Mo元素的增加而增加,但由于x=0.8时出现较多裂纹,裂纹的出现影响了涂层硬度,导致x=0.8时的硬度减小。当x=0.6时,涂层平均显微硬度最高,达到了959.69HV0.3,约为CoCrFeNiW_(0.6)涂层平均硬度的20.32%。当x=0~0.6时,涂层耐腐蚀性能随着Mo元素含量的增加逐渐提升。当x=0.8时,耐腐蚀性能变差,其原因是裂纹的出现以及σ相的形成使得涂层耐腐蚀性变差。在x=0.6时,涂层耐腐蚀性能最好。结论Mo元素的加入使得涂层微观组织出现σ相,同时有细化晶粒的作用,可以显著改善涂层的硬度以及耐腐蚀性。

调制周期对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层膜微结构和性能的影响

目的通过优化AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层的调制周期,提升涂层的力学性能和摩擦学性能。方法采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术,固定调制比为5∶1,制备具有不同调制周期的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层。利用XRD和SEM分析涂层物相组成,观察其微观形貌;借助纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机及轮廓仪测试涂层的硬度、弹性模量、临界载荷,以及摩擦磨损性能。结果掺杂Mo元素后,AlCrMoSiN层生成了大量的非晶相,并观察到沿AlN(111)晶面共格外延生长。AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层表面颗粒随着调制周期的增大逐渐变小,整体呈“花椰菜”状,且致密、无缺陷。随着调制周期的增大,硬度、H/E和H^(3)/E^(*2)呈先升高后降低的趋势;涂层的平均摩擦因数呈先降低后升高的趋势。当调制周期为145 nm(AlCrSiN层厚度约为120 nm,AlCrMoSiN层厚度约为25 nm)时,多层涂层中层间界面清晰,涂层的硬度最高,约为24.9GPa,摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.57、1.46×10^(-6)mm^(3)/(N·m),临界载荷为75.8N。结论多层复合涂层的调制周期对其结构和性能具有重要影响,当调制周期为145nm时,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层具有最佳的综合性能。

脉冲偏压占空比对电弧离子镀AlCrSiN涂层结构和性能的影响

为优化电弧离子镀AlCrSiN涂层的制备工艺,获得最佳的脉冲偏压占空比,采用全自动脉冲电弧离子镀技术,在不同脉冲偏压占空比下分别制备AlCrSiN涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验机等对涂层物相组成、表面形貌、力学性能及摩擦学行为进行表征。结果表明:当脉冲偏压占空比从60%上升到80%时,制备的AlCrSiN涂层表面微坑缺陷和大颗粒数量逐渐减少,涂层结构变得更加致密;当脉冲偏压占空比增大到90%时,涂层表面粗糙度增加。当脉冲偏压占空比为70%时,AlCrSiN涂层硬度最高,约为11.35 GPa;当脉冲偏压占空比为80%时,涂层临界载荷Lc3达最大值98.5 N。当脉冲偏压占空比为80%时,涂层摩擦系数最低,约为0.50。涂层磨损率随脉冲偏压占空比增加,先上升后下降,当脉冲偏压占空比为60%时,制备的AlCrSiN涂层磨损率最低,约3.21×10^(-3)μm^(3)/(N·μm)。经比较,当脉冲偏压占空比为70%时,制备的涂层具有最佳的综合性能。

调制比对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层结构的影响及涂层刀具的切削性能

为解决硬质合金刀具切削淬硬钢时面临易磨损、寿命短的难题,在刀具表面涂覆硬度高、耐磨损的防护涂层是一种经济实用的方法。利用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术制备了不同调制比的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层,利用扫描电镜、纳米压痕仪、白光干涉仪等对多层膜的微观结构、力学性能以及涂层刀具的切削性能进行表征和分析。研究表明,当调制比为3∶1时,多层膜择优生长取向由(111)晶面转为(200)晶面,多层膜的表面致密度得到改善,层状结构明显,晶粒得到细化。此时,涂层硬度达25.7 GPa,临界载荷为79.6 N,耐磨性最强,磨损率为0.74×10^(-6)mm^(3)/(N·m),摩擦系数最低约0.45。将后刀面磨损带宽度0.3 mm作为磨钝标准,干切削淬火C1045中碳钢,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具的寿命比AlCrSiN涂层刀具寿命提高1.2倍,比无涂层刀具寿命提高3.2倍。切削过程中多层复合涂层内部分Mo元素被氧化成层状MoO3,起到润滑作用,有效降低了切削力和摩擦产生的切削热,延长了刀具使用寿命。无涂层刀具、AlCrSiN涂层刀具、AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具连续切削25 min后,切屑颜色越来越浅,切削温度越来越低。经观察与计算,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具所产生的切屑锯齿化程度最高,约为0.36,易于自动断屑,更有利于切削的持续进行。

Mo层对锆合金表面微熔NiCr涂层的抗高温氧化机理的影响

为提高Zr合金包壳表面涂层的抗高温氧化性,采用多弧离子镀加激光微熔(LMM)的复合技术在Zr合金包壳表面制备Mo/NiCr涂层,通过观察氧化前后的涂层SEM形貌和元素分布,以及通过XRD判断涂层成分,分析涂层抗高温氧化性能的变化。结果表明:经过激光微熔处理的涂层表面孔隙减少,Mo/NiCr涂层激光微熔的功率高于NiCr涂层激光微熔的功率,涂层表面出现非平衡凝固组织特征,随着Mo涂层的添加,在更高激光功率微熔后Zr合金的扩散位置从距涂层表面4.0μm增加到18.5μm。样品在1000℃空气和水蒸气条件下分别氧化30 min后,Zr合金向Mo/NiCr涂层的扩散程度远低于向NiCr涂层的扩散程度,因为有Mo层作为阻挡扩散层阻挡了NiCr与Zr的相互扩散,所以O难以通过Mo层与Zr反应生成Zr_(2)O,并促使β-Zr向着脆性的α-Zr相转变。在涂层中,Zr_(2)O会成为O的扩散通道,而脆性的α-Zr相区域更容易生成Zr_(2)O导致扩散通道增多,极大减弱了涂层的抗氧化作用,最终导致4组检测涂层中,水蒸气氧化的LMM-NiCr涂层中O的扩散程度最深,距离涂层表面足有14.0μm,而水蒸气氧化的LMM-Mo/NiCr涂层O的扩散程度最浅,距离涂层表面仅至1.5μm。这表明Mo的添加可以提高激光微熔的功率,在激光微熔中阻挡Zr向涂层表面的扩散,在氧化中阻挡O向Zr扩散和Zr向涂层表面的扩散,间接阻止O的扩散通道出现和抑制H_(2)O的扩散孔隙生成,Mo的添加提高了涂层的抗高温氧化性能。

电弧离子镀AlCrSiN涂层及其切削性能研究

为解决刀具在高速切削时寿命短、加工效率低等问题,在刀具上涂覆AlCrSiN涂层提升刀具的硬度、韧性、耐磨性和抗氧化性能,采用电弧离子镀技术,通过改变沉积温度在基体材料上制备AlCrSiN涂层,利用纳米压痕仪、划痕测试仪和高温摩擦磨损试验机测试涂层的硬度、膜基结合力和摩擦磨损性能。根据实验所得数据,利用最优的工艺参数在硬质合金刀片表面沉积AlCrSiN涂层,并与纳米蓝(AlTiN)涂层刀片进行切削性能对比。结果表明,随着沉积温度的升高,涂层硬度和膜基结合力呈线性增加,但沉积温度的逐渐升高会使涂层的摩擦系数与磨损率先下降后升高,在350℃时为最低值,此时AlCrSiN涂层耐磨性能最佳且硬度和膜基结合力较好,说明AlCrSiN涂层铣刀片比纳米蓝(AlTiN)涂层铣刀片的耐磨性好,使用寿命长,具有更好的抗月牙洼磨损能力,可用于更高的切削速度。此外,AlCrSiN涂层铣刀片切削过程平稳且切削力波动较小,产生带状切屑,对工件表面破坏小,而纳米蓝(AlTiN)涂层刀片产生C形屑,易刮伤已加工表面。

Mo对激光熔覆WC/Ni35涂层组织与性能的影响

针对高WC含量的WC/Ni35熔覆层容易出现裂纹的问题,在WC/Ni35熔覆层中添加2、5和8 mass%Mo元素,研究Mo对WC/Ni35熔覆层组织与性能的影响。结果表明:随着Mo元素含量的增加,WC/Ni35熔覆层组织更加致密细小,柱状晶减少,等轴晶增加。添加2和5 mass%Mo元素的熔覆层中,Ni _(17)W_(3)、Cr_(4)Ni_(15)W等新的硬质相数量增多,导致熔覆层平均硬度增大;添加8 mass%Mo元素的熔覆层中,物相较多以含Mo的韧性相存在,其平均硬度和添加5 mass%Mo元素的熔覆层持平。Mo元素含量增加到5 mass%时,熔覆层中产生新的W的化合物,减少W元素的偏析现象,同时Cr元素对钝化膜的修复作用,使熔覆层耐腐蚀性提高;添加8 mass%Mo元素的熔覆层由于Cr的析出导致出现贫Cr区,熔覆层的耐腐蚀性降低。添加8 mass%Mo元素的熔覆层没有产生裂纹。在高WC含量的WC/Ni35熔覆层中添加8 mass%Mo元素,可以获得无裂纹、组织致密的熔覆层,其硬度提高,耐腐蚀性略有降低。

沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN涂层的影响

目的优化涂层制备工艺,改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术,在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌,借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响,并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果随着沉积温度逐渐升高,涂层吸附原子的活性增强,涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高,涂层中的Cr2N相逐渐替代CrN相,且hcp-AlN相沿(11■0)晶面择优生长。各沉积温度下,AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好,且具有良好的致密性。沉积温度的升高,增强了原子的扩散能力,致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高,涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势,而H/E、H3/E*2均先升高、后降低,涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为350℃时,所制备的AlCrSiN涂层特征值H/E、H3/E*2最高,此时涂层的耐磨性能最佳;当沉积温度升至450℃时,涂层的纳米硬度最大,约为25.59 GPa,弹性模量也最大,为501.76 GPa,涂层的结合强度最高,为121.9 N。结论通过改变沉积温度,调控AlCrSiN涂层的微观结构,制备的AlCrSiN涂层均较为致密,无明显孔洞等缺陷。AlCrSiN涂层结合强度整体上处于较高水平,并表现出较好的耐磨性能。当沉积温度为350℃时,涂层摩擦系数最低,H/E和H3/E*2均达到最大值,此时涂层的耐磨损性能最佳。

等离子熔覆CrMnFeCoNiMo_(x)高熵合金涂层的组织、硬度和腐蚀性能

采用等离子熔覆技术在20钢表面制备了不同成分的CrMnFeCoNiMo_(x)(x=0、1、1.5)系高熵合金涂层。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)等分析了涂层的微观结构;利用显微硬度计和电化学工作站分析了涂层的硬度和耐蚀性。结果表明:在不含Mo的高熵合金(HEA)涂层中存在大量的枝晶和胞状晶,添加Mo元素后主要为等轴晶。3种涂层的基体组织主要为体心立方(BCC)结构,Mo元素的添加使涂层中形成了一定量的第二相。CrMnFeCoNiMo_(1.5)涂层的第二相含量最多,硬度最大(约720 HV0.3),约为基材的4倍。Mo元素添加后,涂层的耐蚀性显著提升,CrMnFeCoNiMo_(1)涂层的耐蚀性能最好,腐蚀速率为0.141 mm/year,约为基材的1/20。

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明:在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。

激光定向能量沉积工艺对Mo涂层裂纹及耐磨性的影响

为提高Cu合金表面硬度、耐磨性,用激光定向能量沉积技术在其表面制备Mo涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对涂层的物相组成、显微组织、显微硬度和耐磨性进行表征。结果表明:Mo涂层均为单一的Mo相,存在较多气孔、裂纹缺陷;Ni/Mo过渡涂层出现Ni_(3)Mo新相;受涂层致密度影响,Mo涂层显微硬度差异明显,硬度最高可达(498.5±21.1)HV_(0.3);耐磨性是基体的4.19倍,磨损机理主要为磨粒磨损。

微束等离子喷涂Mo涂层

采用微束等离子喷涂方法在Q235上制备了Mo涂层。研究喷涂电流、喷涂距离对涂层组织结构和性能的影响。采用光学显微镜观察涂层的组织结构并计算孔隙率,测试涂层的显微硬度和结合强度,并记录粉末沉积率。结果表明,在本试验条件下微束等离子喷涂电流与喷涂距离对涂层组织和性能产生较大的影响。适当工艺参数条件下粉末沉积率高于80%,可以获得显微硬大于400HV0.1,平均结合强度仍然大于40MPa的涂层。

超音速等离子喷涂NiCr-Cr_3C_2/Mo复合涂层的高温摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂制备了NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等手段,研究了涂层的微观组织、显微硬度及涂层在25、300、500、750℃下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层Mo相分布均匀,组织致密、硬度高;温度对涂层的摩擦因数影响显著,随温度的升高,摩擦因数呈先下降后上升再下降的趋势,750℃时因摩擦界面生成MoO3减摩相使摩擦因数最低;NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层在高温下以氧化疲劳剥落为主要失效机制,涂层表面复合氧化膜的形成特点将直接影响涂层的摩擦磨损性能,MoO3的形成是显著提高涂层减摩效果的主要因素。

Mo基体上锆酸镧热障涂层的研究

利用自行研制的La1.4Nd0.6Zr2O7(LNZ)喷涂粉末,采用大气等离子喷涂在Mo基体上制备LNZ热障涂层。测试粉末的各项热物理性能,考核涂层的抗热震性能和高温隔热性能,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层进行比较。结果表明,与YSZ相比,LNZ由于具有热膨胀系数小、导热系数低、烧结速率低等特点而更适合在Mo基体作为热障涂层使用。

活塞环用Mo-(NiCr-Cr_3C_2)复合涂层的优化研究

采用机械混合方法配制喷涂用粉末Mo-(NiCr-Cr3C2),并利用大气等离子喷涂方法制备活塞环耐磨涂层,对涂层进行力学性能以及摩擦学性能测试。结果表明,Mo的添加有助于减小涂层的孔隙率,涂层显微硬度随Mo含量的增加而降低,添加20%(质量分数)Mo的复合涂层具有较好的摩擦磨损性能。复合涂层的磨损主要表现为黏着磨损和磨粒磨损,NiCr-Cr3C2含量高的涂层存在较多的剥落现象。涂层的耐磨性与涂层的硬度模量比(H/E)有较好的对应关系。

AlTiSiN/AlCrSiN纳米多层复合涂层的结构及性能研究

以AlTiSi合金和AlCrSi合金为靶材料,采用阴极电弧离子镀技术在单晶硅、硬质合金基底上沉积AlTiSiN/AlCrSiN纳米晶多层复合涂层,系统研究了氮气压强变化对AlTiSiN/AlCrSiN复合涂层结构和力学性能的影响.利用扫描电镜和X射线衍射仪分析了涂层的形貌和相结构,用显微硬度计和摩擦磨损仪测量了涂层显微硬度和摩擦系数.结果表明:氮气压强对涂层微结构和性能具有较大影响,涂层是以NaCl型TiN和CrN相结构为主的多晶材料.由于多元素掺杂导致复合涂层的衍射峰与纯TiN和CrN衍射峰位相比发生一定的偏移.随着氮气压强的增大,涂层的衍射峰强度逐渐降低并宽化,说明随着氮气压强的增大晶粒尺寸减小.涂层表面的颗粒污染和沉积气压密切相关,随气压增加污染颗粒尺寸逐步减少,涂层表面粗糙度降低;当氮气压从2.0Pa增加到4.0Pa时涂层的硬度值由2437.9HK逐渐增大至3221.5HK;涂层摩擦学性能也和氮气压密切相关,当氮气压强低于3.0Pa时,平均摩擦系数约0.410;而在氮气压强高于3.0Pa后,平均摩擦系数逐渐降至0.258.

Mo_2C改性涂层制备温度对C/C-Cu复合材料组织和性能的影响

以仲钼酸铵为反应物,采用熔盐法在低密度C/C复合材料孔隙表面制备Mo2C涂层,改善Cu与C/C坯体的润湿性,然后通过无压熔渗Cu制备C/C-Cu复合材料,研究了Mo2C改性层制备温度对Mo2C涂层和C/C-Cu复合材料组织结构及性能的影响。结果表明:Mo2C涂层在坯体内部孔隙表面分布均匀,且与炭基体和Cu均有良好的界面结合。在950~1150℃范围内,随涂层反应温度的提高,Mo2C层厚度由2.0μm逐渐增大到6.5μm,C/C-Cu复合材料的密度逐渐增大,电阻率逐渐降低;抗弯强度呈现先增大后减小趋势,在涂层反应温度为1000℃时呈现最大值251.83 MPa。复合材料的摩擦因数均随磨损时间延长先增大后减小并趋于稳定。随着Mo2C涂层制备温度的提高,复合材料的摩擦因数逐渐增大,体积磨损率先减小后增加,在Mo2C涂层反应温度为1000℃时,复合材料的磨损率最低。

Mo(Si,Al)_2高温抗氧化涂层的形貌与结构研究

采用料浆烧结法在铌合金C-103基体表面制备Mo(Si0.6,Al0.4)2高温抗氧化涂层,利用SEM、EDS、XRD等仪器分析研究涂层的结构、元素分布、相分布与抗氧化性能的关系。结果表明:涂层与基体之间达到冶金结合,通过扩散形成中间结合层;在高温氧化环境下,Mo(Si0.6,Al0.4)2涂层表面生成致密氧化膜。氧化膜分为两层:外层主要为Al2O3,内层为Al2O3、SiO2、3Al2O3·2SiO2和HfO2相的混合物。

超音速等离子喷涂Mo及Mo+30%(NiCrBSi)涂层的耐磨性能研究

采用超音速等离子喷涂在Al10Si合金基体上制备纯Mo和Mo+30%(NiCrBSi)涂层试样,通过对涂层微观组织、显微硬度、结合强度和环块滑动摩擦磨损等试验表明,在边界润滑条件下,含Mo涂层表现出良好的耐磨和减摩性能。Mo+30%(NiCrBSi)涂层综合性能优于纯Mo涂层,涂层中的Ni Cr固溶体对涂层具有固溶强化作用及铬的硼化物(Cr2B)、碳化物(Cr3C2)等硬质相的弥散强化,提高了涂层的硬度,起到了耐磨支撑作用。