喷砂时间对TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层金属陶瓷刀片表面状态和磨损性能的影响

采用化学气相沉积法在金属陶瓷基体表面沉积了MT-TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层,再对CVD涂层金属陶瓷刀片进行喷砂处理,分析经不同喷砂时间处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面形貌、力学性能以及耐磨性能。结果表明:喷砂时间对涂层金属陶瓷刀片表面的冲蚀程度影响较大。未经喷砂处理的涂层表面粗糙度较高且存在较大的残余拉应力,而喷砂处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面粗糙度与表面残余应力大幅下降,且表面硬度和耐磨性大幅提高。当喷砂时间为10s时,涂层金属陶瓷刀片获得了最低的表面粗糙度,与未喷砂的涂层刀片相比,表面残余拉应力降低了85%。基于不同喷砂时间处理后的涂层表面粗糙度、硬度、残余应力以及后刀面磨损形貌,得到的最佳喷砂时间为10s。

CVD法制备Inconel 718高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究

Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料,其表面通常制备有铝化物涂层,起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。理解铝化物涂层的高温氧化行为,是提高部件抗高温氧化能力的关键。采用化学气相沉积(CVD)技术,在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层,在大气环境、950℃条件下开展了恒温氧化测试,采用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段,研究了其高温氧化行为,并与Inconel 718高温合金进行对比。结果表明:Inconel 718高温合金表面制备的CVD铝化物涂层,其表面粗糙,具有双层结构。外层为富含Ni和Al元素的β-NiAl层,平均厚度为14.1μm,内层为富含Fe和Cr元素的σ相与富含Nb、Mo和Fe元素的Laves相共存的互扩散层,平均厚度为5.9μm。恒温氧化后,Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr_(2)O_(3)膜,而CVD铝化物涂层表面氧化生成了α-Al_(2)O_(3)膜。Cr_(2)O_(3)膜和α-Al_(2)O_(3)膜的生长都遵循抛物线型生长规律,Cr_(2)O_(3)膜的生长速率常数为0.86μm·h^(-1/2),α-Al_(2)O_(3)膜的生长速率常数为0.15μm·h^(-1/2)。此外,观察发现Inconel 718高温合金发生了内氧化,而CVD铝化物涂层未出现内氧化,两者氧化行为差异的原因在于CVD铝化物涂层中的β-NiAl相,其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al_(2)O_(3)膜,阻止了内部金属发生进一步氧化。本研究揭示了Inconel 718高温合金和CVD铝化物涂层的抗高温氧化作用机理,为Inconel 718高温合金用高抗氧化性CVD铝化物涂层的制备及应用提供了技术支撑。

化学镀Pt对多弧离子镀NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响

目的改善多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能,探究化学镀Pt对NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响。方法采用多弧离子镀(M-AIP)技术在第二代镍基单晶高温合金上沉积NiCoCrAlY涂层,然后通过化学镀技术在其表面制备厚度约0.5μm的Pt镀层,经真空退火处理后获得Pt改性的NiCoCrAlY涂层。通过1050℃恒温氧化和循环氧化试验测试涂层的高温氧化性能,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射以及电子探针等手段对涂层物相及元素分布进行分析。结果经化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层恒温氧化20 h的氧化增重由0.78 mg/cm^(2)减小至0.47 mg/cm^(2),氧化速率常数由6.32×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为2.16×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s);而循环氧化300次的氧化增重由1.52 mg/cm^(2)减小至1.05 mg/cm^(2),氧化速率常数由1.93×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为9.86×10^(-13)g^(2)/(cm^(4)·s)。2种涂层在本试验氧化条件下生成的氧化膜均为α-Al_(2)O_(3),但NiCoCrAlY涂层生成的氧化膜更厚且起伏明显,同时在局部区域向涂层内生长,特别是循环氧化后期氧化膜还发生了局部剥落。化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层表面生成的氧化膜明显变薄,且致密、平坦,无开裂和剥落现象,同时氧化膜向涂层内的生长得到了有效抑制。结论化学镀Pt改性可进一步提高多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能。

α-Al_(2)O_(3)基CVD复合涂层的研究进展

切削刀具CVD涂层广泛采用TiN/MT-TiCN/Ti(Al)CNO/α-Al_(2)O_(3)/TiN多层复合结构(MT:中温),简称α-Al_(2)O_(3)基复合涂层。MT-TiCN涂层晶粒度调控和α-Al_(2)O_(3)涂层晶体定向生长调控是提高CVD涂层刀具性能的重要途径,也是目前切削刀具CVD涂层的研究热点。MT-TiCN涂层的晶粒度调控可以通过调控涂层沉积过程中的温度和各种工艺气体的分压实现,也能通过元素掺杂实现。其中,氧元素掺杂是一种简便且可控的细化MT-TiCN晶粒度的方法,能有效提高MT-TiCN涂层性能。α-Al_(2)O_(3)涂层的晶体定向生长主要通过调控过渡层、α-Al_(2)O_(3)晶体形核以及α-Al_(2)O_(3)晶体生长过程实现。由于能显著提高刀具切削性能,(001)织构α-Al_(2)O_(3)涂层得到了国内外研究者的重点关注。目前,氧掺杂调控MT-TiCN涂层晶粒度的机理和α-Al_(2)O_(3)涂层晶体定向生长调控的机理研究尚有待深入研究。