原位生成TiC增强镍基梯度涂层的组织与性能

通过激光熔覆技术在H13钢表面原位生成TiC增强镍基单一涂层和梯度涂层,使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、万能摩擦磨损试验机对涂层的微观形貌、成分分布、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行对比分析。结果表明,单一涂层易出现宏观气孔、裂纹、与基体结合差等缺陷,而梯度涂层能够实现成分、组织性能的梯度变化,与基体形成良好的冶金结合;梯度涂层生成Fe-Cr、TiC等多种增强相,使钢表面硬度和耐磨性显著提高,平均硬度约为单一涂层的1.44倍、基体的2.58倍;梯度涂层的平均磨损量为单一涂层的45.6%、基体的32.4%;梯度涂层磨损机理主要是颗粒磨损和粘着磨损。

导电压头作用下的功能梯度压电涂层二维黏附接触问题研究

纳米压痕实验是研究材料的力学性能和表面形貌的重要手段,当接触区尺寸减小时,压头与试件接触表面间的黏附作用将无法忽视,因此,考虑黏附作用对压头作用下的接触问题具有重要的价值.功能梯度压电材料(FGPM)兼具梯度材料和压电材料的优点,用作涂层可有效地抑制接触损伤和破坏.该文将针对梯度压电材料在导电压头作用下的黏附接触问题开展研究,假设功能梯度压电涂层的材料参数按照指数形式变化,基于Maugis黏附模型,利用Fourier积分变换获得了功能梯度压电涂层在导电压头作用下的二维无摩擦黏附接触问题的控制奇异积分方程,并采用Erdogan-Gupta的数值方法求解,获得了黏附应力、梯度参数和压头所带电荷对力-电耦合响应的影响.研究结果为利用功能梯度压电材料涂层改善材料表面的接触行为提供了理论依据,同时可为压电结构及器件的设计提供帮助.

激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

目的减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25%WC(Ni/WC)梯度复合涂层。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性。结果在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25%WC冶金结合理想。Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi_(3)、CrB、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6),从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶。Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2%。与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92%和28.6%,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损。但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48%,复合涂层区域表现为脆性断裂。结论Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低。

Pt改性梯度NiCrAlY涂层的热腐蚀行为研究

为了进一步提高NiCrAlY涂层的抗热腐蚀性能,利用电弧离子镀技术在DZ125合金表面分别沉积NiCrAlY/NiAl/Al涂层(coating A)、NiCrAlY/Pt/NiAl/Al涂层(coating B),再经真空扩散退火处理形成成分渐变的梯度涂层结构。在涂层中引入改性元素Pt以改善涂层的抗热腐蚀能力,对比研究了2种涂层体系在900℃不同混合盐中的热腐蚀行为;利用SEM、EDS、XRD以及EPMA分析了涂层经过热腐蚀后的微观形貌、物相组成和元素分布。结果表明:在900℃的K_(2)SO_(4)+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A表面的氧化膜发生了大面积的剥落,coating B中的Pt抑制了S在涂层/氧化膜界面处的偏析,增强了氧化膜的黏附性。在900℃的NaCl+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A的Cr元素和O元素分别发生了外扩散和内扩散,Cr外扩散易与S反应生成有害相Cr_(x)S_(y)。coating B中的Pt抑制了Cr、O元素的外扩散和内扩散。在NiCrAlY层和NiAl层之间增加Pt层,显著提升了NiCrAlY涂层在混合盐中的抗热腐蚀能力。

M2高速钢表面激光熔覆WC-12Co梯度涂层的制备工艺与实验研究

文章采用COMSOL数值模拟软件,对M2高速钢表面熔覆WC-12Co涂层和添加Ni60过渡层熔覆WC-12Co梯度涂层进行数值模拟与分析。探究温度梯度随时间的变化规律,并结合梯度实验及涂层的宏观形貌与微观组织分析,总结梯度熔覆的热量耦合控制方法。模拟及实验结果表明:添加Ni60过渡层制备WC-12Co梯度涂层的温度梯度远远小于直接熔覆制备WC-12Co涂层的温度梯度;添加Ni60过渡层制备WC-12Co涂层可以利用直接熔覆制备WC-12Co涂层的激光功率,也可以扩大熔覆制备WC-12Co涂层的功率区间,有利于提高熔覆制备效率;添加Ni60过渡层能够改善涂层内部缺陷,细化组织晶粒;Ni60过渡层中的Ni元素扩散导致WC-12Co涂层的硬度降低,但仍高于基体的硬度性能。

新型多梯度类金刚石涂层生长及表征

在Cr12MoV表面沉积Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱对多梯度涂层微结构进行表征,运用纳米压痕仪、纳米划痕测试仪及球盘式摩擦计对其力学性能进行了研究。结果表明,与未沉积涂层的Cr12MoV相比,Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层的摩擦系数约为其10%,最低可达0.019。Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度类金刚石涂层的硬度最高达24.1 GPa,附着力为62 N。设计新型多层梯度涂层引入的高润滑性非晶碳和硬支撑WC层,抑制了裂纹扩展,显著地提高了Cr12MoV的力学性能。此外,电化学腐蚀试验表明,Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层在3.5%NaCl溶液中有着良好的耐腐蚀性能。

激光熔覆铁铬梯度涂层界面调控与性能研究

为解决螺杆钻具磨损问题,通过激光熔覆技术在45钢基材上制备了铁铬梯度涂层。针对梯度涂层熔覆过程中常见的开裂问题,提出了调控熔覆层粉末成分的优化策略,采用不同碳含量的熔覆粉末构建了硬度梯度,并通过熔覆JG-3过渡层优化了界面结合。研究表明,梯度涂层硬度呈梯度上升,耐磨性逐步提升;JG-3过渡层可以促进基体与熔覆层之间的界面结合,有效连接了不同硬度的熔覆层,避免了裂纹产生;断口形貌分析表明,熔覆层呈现出典型的“河流花样”的解理断裂特征,不规则的金属氧化物可以撕裂熔覆层基体,显著降低其熔覆层性能,应对熔覆后的每层表面进行抛光处理,以保证完全清除界面间的氧化层。制备的铁铬梯度层的连接界面保持平整无裂纹。该研究结果为解决梯度涂层熔覆时的开裂问题提供了有效的解决方案与依据。

MCrAlY涂层的研究进展

随着发动机的服役温度日益升高,工作环境日益恶劣,涡轮叶片极易在高温环境中氧化,大大降低了叶片的使用寿命。如何在低成本下制备保护性能好的高温防护涂层,是当前国内外研究的重点。MCrAlY包覆涂层可分为NiCrAlY涂层、CoCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层,这3类涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能较好,又有很好的塑韧性和抗热疲劳性能,因此可作为涂层或热障涂层的黏结层材料。综述了涂层中主要元素(Al、Cr、Co、Y)、掺杂合金元素(Ta、Re、Si、Pt)、涂层制备工艺和预处理工艺对MCrAlY涂层性能的研究进展。结果表明,可以通过调节MCrAlY涂层的成分来实现涂层性能的调控。向MCrAlY涂层中掺入Si、Ta和Re等活性元素,可显著提高涂层的抗高温氧化性能,以进一步提高发动机的工作效率和满足高温的工作环境需求。总结了采用细化涂层晶粒、掺杂纳米颗粒和制备梯度复合涂层等方法来提高MCrAlY涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能的研究现状,对MCrAlY涂层的发展趋势进行了展望。

基于TRIZ理论的刀具梯度熔覆WC涂层的修复工艺改进

刀具在切削加工过程中磨损严重,如何实现简单快速的修复,已经成为亟需解决的问题之一。为解决刀具修复问题,对原有修复工艺进行全面系统的改进,提高刀具加工效率、质量和可靠性,从而满足不断发展的工业需求。

用机械涂层技术在Ti-6Al-4V基体表面沉积HA/Ti复合涂层与功能梯度涂层的表征、磨损行为和生物相容性

采用机械涂层技术在Ti-6Al-4V基体表面沉积HA/Ti复合涂层与功能梯度涂层(FGC),对涂层进行表征,对比其磨损行为和生物相容性。制备复合涂层所用初始粉末为50%Ti(质量分数)和50%HA(质量分数)的混合粉末,而FGC分为两层,分别为75%Ti+25%HA和25%Ti+75%HA(质量分数)。XRD结果表明在沉积过程中没有发生相变。此外,由于原始混合粉末中存在Ti颗粒,在涂层和基体之间形成了结合良好的连续界面,特别是在功能梯度涂层样品中。磨损实验结果显示,非梯度复合涂层的摩擦因数约为0.37,在界面处发生突变,而功能梯度涂层的摩擦因数从0.32增加到0.5,在界面处发生平缓变化。磨损表面的SEM像表明涂层的主要磨损机制为磨粒磨损。生物相容性评价结果显示,FGC样品具有更好的细胞黏附和增殖能力。

NiCoCrAlY(Si)梯度涂层对Ni_3Al基单晶合金IC6SX抗氧化性能的影响

采用超音速火焰喷涂的方法在Ni3Al基单晶合金IC6SX上涂覆了NiCoCrAlYSi/NiCoCrAlY梯度涂层,研究了涂层对IC6SX合金1100℃抗氧化性能的影响。利用扫描电镜、X射线衍射等手段观察了氧化试样的微观结构,分析了氧化产物的成分及涂层氧化前后的相组成变化。结果表明:涂层表面形成了致密的氧化膜,氧化膜由内外两层组成,内层主要由Al2O3组成,外层主要由NiAl2O4及少量的Cr2O3组成;涂层有效地控制了Mo元素的扩散氧化,对IC6SX合金的抗氧化性能有明显改善。

TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层研究

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织及抗氧化性能的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层氧化前后的表面形貌、微观组织和相组成。结果表明:经过激光重熔处理后,涂层片层状组织得以消失,致密性提高,消除了喷涂层的大部分孔洞、夹杂等缺陷,同时使Al元素在涂层表面的重新分布,形成了Al的富集区;等离子喷涂MCrAlY层能显著提高TiAl合金的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化性能。

合金元素在MCrAlY涂层中的行为

采用电弧离子镀在新型γ′-Ni_3Al基高温合金IC-6上沉积Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Al-Y涂层，研究了合金元素对MCrAlY涂层性能及元素行为的影响，结果表明：在沉积过程中，合金中的Al和Mo元素抑制了Cr从涂层向基体扩散，使涂层中的Cr维持在较高浓度；真空扩散处理时，涂层和基体之间发生互扩散，使涂层-基体元素浓度呈梯度分布，减小了涂层和基体热膨胀系数的差别，同时，涂层的相结构也发生变化。γ′-Ni_3Al和γ-Ni仍是涂层的主要相，但是由于Cr原子的取代作用致使晶格常数α_0发生变化，等温氧 化实验表明：Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Al-Y涂层氧化规律遵循抛物线规律。900 ℃静态空气等温氧化时，Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co对其抗氧化性能的影响不大。1000℃静态空气等温氧化时，Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co后，降低了其抗氧化性。

金属/陶瓷梯度涂层工艺现状

综述了梯度涂层的多种制备工艺，包括各工艺的基本原理、特点和应用现状，并提出了梯度涂层工艺中现存的主要问题。

面向高端装备零部件的稀土改性MCrAlY涂层

长期以来,在高温防护领域广泛应用的MCrAlY系列涂层受到了各国研究者和工程技术人员的持续关注。文中总结了哈尔滨工业大学纳米表面工程课题组近年来将稀土改性技术应用于制备热喷涂MCrAlY系列涂层的有关研究,结果表明:稀土改性可使NiCrAlY涂层的硬度提高30%～40%,涂层和基体间的结合强度达到60 MPa以上。加入稀土的NiCrAlY涂层热震抗力明显增加,其在1000℃的热震循环寿命超过100次以上。在1000℃条件下,加入稀土的NiCrAlY涂层在190 h后依然完整,表面无特殊变化;质量分数0.1%稀土氧化物涂层1000℃氧化250 h增重速率比未加稀土涂层降低了60.53%。加入稀土还可以显著提高NiCrAlY涂层的抗高温硫化能力及抗腐蚀性能。稀土改性可以有效改善MCrAlY系列涂层的高温性能,满足国家对高端装备零部件高温防护涂层的要求。

激光熔覆MCrAlY涂层的研究现状

综述了激光熔覆MCrAlY涂层的研究现状,阐述了其面临的主要问题,并指出了当前激光熔覆MCrAlY涂层研究的热点主要集中在颗粒增强复合涂层、纳米涂层、梯度涂层和活性元素改性涂层的制备,熔覆层的开裂控制,工艺参数优化及激光熔覆过程中的数值模拟等方面,并对今后的发展方向进行了展望。

电火花沉积MCrAlY涂层及其高温氧化行为

采用DZ-1600型电火花沉积设备在不锈钢表面电火花沉积MCrAlY涂层,研究了工艺参数对沉积效率的影响以及涂层的组织结构和抗氧化性能之间的关系。结果表明,沉积效率与输出功率成正比,频率对沉积效率几乎无影响。涂层表面呈"泼溅状"形貌,整体呈现纳米级微晶堆垛结构,反映了沉积过程的快速冷凝机制。XRD分析结果显示,高温氧化后在涂层表面形成的氧化膜主要由Al2O3组成。在1000℃空气中氧化200h的结果表明,获得的MCrAlY涂层具有优异的抗高温氧化与抗剥落性能。

Ni_3Al基合金IC6及MCrAlY包覆涂层的抗腐蚀性能

采用离子电弧镀的方法在Ni3 Al基合金IC6上涂覆了NiCrAlY ,NiCoCrAlY及NiCoCrAlYHf 3种MCrAlX涂层 ,测试了IC6合金及其涂层 90 0℃时的抗热腐蚀性能。利用电子探针、SEM、X射线等手段观察了腐蚀试样的微观结构 ,分析了腐蚀产物的组成 ,探讨了IC6合金及其涂层的腐蚀机理。结果表明 :3种涂层均使IC6合金的抗热腐蚀性能有明显改善 ,NiCoCrAlYHf涂层的效果最为显著 ,表面氧化膜的酸性溶解是造成热腐蚀的主要原因。

生物活性梯度涂层中羟基磷灰石的相转变与结构稳定性

重点研究了生物活性梯度涂层中羟基磷灰石高温结构稳定性．探讨了羟基磷灰石在喷涂和热处理过程中的相变化，对比研究了不同热处理条件对羟基磷灰石晶体稳定性和羟基恢复的影响．发现经等离子喷涂后的生物活性梯度涂层中的羟基磷灰石结晶程度明显降低，并出现β－ＴＣＰ杂相．羟基磷灰石晶体中的羟基已完全分解脱落．适当条件的热处理可使喷涂涂层中的磷酸三钙转变为羟基磷灰石，晶体中的羟基可大部分恢复，其中大气热处理比真空热处理更有利于羟基的恢复．

羟基磷灰石梯度涂层的制备及其结构特征

通过改变电结晶电流密度在钛合金表面制得内部致密、外部多孔的ＣａＨＰＯ４·２Ｈ２Ｏ 涂层，经碱液处理转变为羟基磷灰石．ＳＥＭ，ＸＲＤ分析及粘接拉伸试验表明：电流密度较小时得到的内部涂层致密，与基体有较高的结合强度；随电流密度增加得到的涂层由内向外孔隙率逐渐增大，晶体变为细针状． 这种梯度结构实现了生物涂层结合强度和表面形态的协调兼顾．