激光能量密度对65Mn钢表面Ni60A/WC复合涂层摩擦磨损性能的影响规律

目的改善旋耕刀65Mn钢的摩擦磨损性能,提高农机触土零部件的使用寿命。方法采用激光熔覆技术在65Mn钢基体表面制备Ni60A/WC复合涂层。通过改变激光功率调节激光能量密度,在不同能量密度下制备Ni60A/WC复合涂层,观察并测试不同参数下复合涂层试样的宏观形貌、微观结构、物相组成、元素分布、显微硬度及摩擦磨损特性,研究激光能量密度对Ni60A/WC复合涂层组织演变及摩擦磨损性能的影响规律和机理。结果Ni60A/WC复合熔覆层顶部主要有胞状晶和树枝晶,分布较紧密,熔覆层中部主要有树枝状晶,熔覆层底部主要为胞状晶和垂直交界面生长的枝晶,且分布均匀致密。随着激光能量密度的升高,熔覆层的熔高和熔深增加显著,WC硬质相颗粒发生分解,硬质相的数量明显减少,涂层的平均显微硬度降低。在激光能量密度为120 J/mm^(2)时,熔覆层的平均显微硬度为587.1HV1.0,相较于基体,提升了约1.8倍。此时熔覆层的平均摩擦因数最小,为0.312,相较于基体,得到显著提升,摩擦磨损机制为轻微的磨粒磨损。经田间试验测试发现,在激光能量密度为120 J/mm^(2)时制备的带有熔覆层的旋耕刀相较于无熔覆层的旋耕刀,其磨损质量降低了63%。结论通过控制激光能量密度,可以有效调控Ni60A/WC熔覆层的硬度和耐磨性,可为农机触土易磨损件的减摩耐磨表面强化改性提供理论指导。

Ni含量对CrN涂层抗磨蚀性能的影响研究

目的探究在模拟海洋环境下,Ni的掺入对CrN涂层耐磨性能的影响,研究不同Ni含量的CrNiN涂层的磨蚀行为。方法采用磁控溅射方法对CrNiN涂层中的Ni含量进行调控,制备CrN涂层、Ni掺杂含量分别为15.85%(原子数分数)和39.06%的CrNiN涂层。通过干摩擦试验和模拟海水磨蚀试验,对3种涂层的力学性能和磨蚀行为进行研究对比,并分析其摩擦损伤机理。结果在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,磨痕最浅,其磨损率在3种涂层中最低,为9.1×10^(-7)mm^(3)/(N·m),而在模拟海洋磨蚀的开路电位(OCP)下,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层的磨损率大于CrN涂层,CrN涂层具有最低的摩擦因数以及最低的磨损率。3种涂层在正电位(+0.6 V)时的磨损率显著大于开路电位(OCP)下的磨损率,说明腐蚀降低了涂层的耐磨性。通过对腐蚀产物进行分析,表明CrN的腐蚀产物主要是CrO_(2)以及Cr_(2)O_(3),具有一定的润滑作用,而含Ni的CrNiN涂层在腐蚀过程中产生了NiO,对涂层的耐磨性产生了不利影响。结论在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,从而更耐磨。在模拟海洋磨蚀试验条件下,CrNiN涂层的腐蚀产物严重影响其磨蚀性能。

含Ag@Ni核壳结构粉体镍基复合涂层的多循环高温摩擦学性能

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层中Ag与NiCrAlY的界面结合强度,进而显著提高复合涂层的硬度。Ni覆层有效地抑制了Ag在高温摩擦过程中的扩散与耗散。800℃时NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层的摩擦因数仅为0.25,磨损率仅为1×10^(-5)mm^(3)/(N·m),显著低于NiCrAlY-Mo-Ag涂层。同时,Ag的核壳结构设计使得涂层在高温多循环工况下始终保持良好的自润滑性和耐磨性。

表面机械研磨法制备Ni+WC复合涂层的耐磨性研究

为强化TA1钛合金的组织结构并提高其耐磨损性能,采用行星式机械球磨装置,在Ni与WC 2种粉末配比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1的5种混合型增强介质下对TA1合金进行表面机械复合强化处理,在0.05 MPa氮气气氛下,设定转速为350 r/min,时间为8 h,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,这种一步法表面复合强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活等优势。结果显示:TA1钛合金表面形成由Ni+WC涂层+形变细晶区组成的复合强化层,涂层区厚度在40μm以上,其中Ni∶WC为3∶1时所得复合涂层内部缺陷最少,且连续均匀。在5 N、10 N载荷下Ni∶WC为3∶1摩擦系数相较于其他比例低,摩擦区间更加稳定且持续时间更长。2种载荷下磨损量均较TA1原样少,其中Ni∶WC为3∶1的强化样磨痕深度、磨损量均优异于其他4种配比,因此减摩效果最为优异。此种Ni、WC混合增强介质下表层机械复合强化工艺可大幅提升TA1钛合金表层耐磨损性。混合增强颗粒涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。

不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700℃加热处理后,形成以Al_(2)O_(3)、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731μm2/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800℃下氧化200h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。

激光重熔Ni60合金涂层组织特征研究

矿用液压支架液压缸在材料耐磨性及强度等方面的要求较高,而常规制造手段往往成本较高且工艺复杂。为解决这一问题,对金属表面热处理技术进行了深入研究。选用Ni60自熔性合金粉末作为熔覆层材料,以Q235钢为基材,进行了火焰喷涂+激光重熔工艺试验研究。通过光学显微镜观察,分析试样在不同工艺参数下基体、结合界面和熔覆层的组织形貌特征。结果显示,熔覆层与基体形成了冶金结合,界面形成了一条光亮结合带。进一步观察发现,激光重熔覆层组织晶粒细小、致密,且存在大量的树枝晶。利用显微硬度测试仪对熔覆层、过渡层和基体的硬度进行了测试。结果表明,激光重熔覆层的硬度远远高于基体。为了深入研究激光重熔工艺参数对熔覆层组织与性能的影响,测试了不同激光功率和扫描速度下的组织与硬度。研究发现,在激光功率相同时,随着扫描速度的提高,熔覆层获得的组织更细小,其硬度和耐磨性也得到进一步提高。

TiC含量对TiC/Ni复合涂层组织、硬度及耐蚀性的影响

为了提高价格低廉的45钢的零件在苛刻环境中的使用寿命,采用激光熔覆技术在其表面制备了不同TiC含量的TiC/Ni熔覆层,采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站等分析了涂层的组织、硬度及耐蚀性。结果表明:Ni35熔覆层枝晶为富含Fe、Ni的γ-Ni固溶体,晶间为γ-Ni固溶体和富含B、C的M_(23)C_(6)、Cr_(2)B组成的共晶体,熔覆层从底层到上层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、柱状树枝晶、等轴晶和细等轴晶,枝晶中的Cr元素随着距熔覆层底部距离的增加出现富集。添加10%和20%TiC的熔覆层下层为粗大的柱状晶和柱状树枝晶,中层和上层为等轴晶,TiC以块状和四边形的形态分布于枝晶间。添加30%TiC的熔覆层分布有块状、杆状、粒状、鱼骨状和花瓣状的TiC,枝晶为细小的等轴晶。不同TiC含量的熔覆层硬度均呈现下层和上层硬度高,中层硬度低的现象。含10%TiC的熔覆层平均硬度最低,含30%TiC的平均硬度最高。未添加TiC的Ni35熔覆层腐蚀电流密度最小,钝化膜稳定性最好,耐蚀性最优,添加TiC后熔覆层的耐蚀性下降,但随着TiC含量的升高,熔覆层耐蚀性逐渐升高。

等离子喷涂NiCrAl/Cr_(2)O_(3)/V_(2)O_(5)-Bi_(2)O_(3)复合涂层的制备及其高温摩擦行为研究

采用等离子喷涂制备了NiCrAl/Cr_(2)O_(3)/V_(2)O_(5)-Bi_(2)O_(3)复合涂层,并对涂层在600℃下的摩擦学行为进行了研究.结果表明:通过共混球磨、粘接团聚的方法,可制备出微米级且具有较好团聚形貌的V_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)复合粉体,能够作为Ni基复合涂层的等离子喷涂喂料.复合涂层在600℃的平均摩擦系数为0.33,且得益于良好高温自润滑性能、以及添加Cr_(2)O_(3)能够缓解V_(2)O_(5)-Bi_(2)O_(3)对涂层硬度的不利作用,因而复合涂层磨损率(3.84×10^(-4)mm^(3)/N·m)约为纯NiCrAlY涂层的一半.在高温摩擦下,复合涂层磨痕内生成以BiVO4为主的多元氧化物摩擦化学产物,并表现出易剪切滑移特征,这是复合涂层良好高温自润滑性的主要原因.

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。

不同重熔工艺下Ni60A涂层试验研究

本文研究了火焰喷涂Ni60A涂层及对其进行氧-乙炔火焰重熔、真空重熔后的组织和性能。采用SEM扫描电镜和维氏显微硬度仪分别检测2种工艺制备出的涂层显微组织结构、硬度等,并通过EDS能谱分析了涂层的元素构成。对比2种工艺的Ni60A涂层性能发现,火焰重熔后涂层的厚度明显变小,显微组织结构得到明显改善,孔隙率明显降低;采用2种工艺得到的涂层硬度均高于基体,其中火焰重熔涂层的显微硬度高于真空重熔涂层,达到603 HV。

不同金相镶嵌方式对Ni5Al涂层显微组织的影响

为了更好地指导Ni5Al涂层的开发,采用真空镶嵌、冷镶嵌、热镶嵌不同的镶嵌方式,对Ni5Al涂层进行相同的磨抛、评判。结果表明,在冷镶嵌和热镶嵌条件下,由于Ni5Al涂层在砂纸磨样过程中,较为细小的碎颗粒状Ni5Al将涂层的孔隙或缝隙填充,以及抛光过程去除量有限,导致较为细小的碎颗粒状Ni5Al抛不干净,Ni5Al涂层在冷镶嵌和热镶嵌下涂层显微组织产生假象,容易使涂层开发产生误判;在真空镶嵌的条件下,环氧树脂浸渗到涂层的大多数相互联通的气孔和缝隙之中,在环氧树脂固化以后,后续的磨抛过程中Ni5Al涂层显微组织都会保持最真实的结构。Ni5Al涂层在不同镶嵌状态下的显微硬度差距不大,3个镶嵌状态的HV_(0.3)平均值基本维持在182左右,说明不同镶嵌状态对Ni5Al涂层的显微硬度影响不大。

CVD关键工艺参数对(Ni,Pt)Al涂层高温防护性能影响

采用化学气相沉积(CVD)工艺,在不同沉积温度和沉积真空度下分别在镍基单晶合金上制备了三种(Ni,Pt)Al涂层,研究了CVD关键工艺参数对(Ni,Pt)Al涂层高温防护性能的影响。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等表征方法系统分析了三种(Ni,Pt)Al涂层的相结构、显微组织和化学成分。结果表明:在同一沉积真空度下随着沉积温度升高,涂层衍射峰向大角度方向偏移;在同一沉积温度下随着沉积压力变大,涂层衍射峰向小角度方向偏移;随着沉积温度和沉积压力的同时提升,涂层表面的晶粒尺度呈现增大趋势,涂层厚度也随之增加;经1100℃/250 h静态氧化和900℃/100 h燃气热腐蚀性能评价后,沉积温度为1080℃且沉积真空度为300 mbar的涂层样品,其氧化动力学增重值均小于其他两种涂层样品,该工艺制备的涂层高温防护性能最佳。控制涂层表面局部位置氧化膜内显微裂纹的过早萌生与滋长行为,以及降低燃气热腐蚀诱发的非稳态氧化膜脱落残留的凹坑数量是改善(Ni,Pt)Al涂层高温抗氧化腐蚀性能的CVD工艺优化方向。

激光熔覆Ni基涂层组织性能研究

以17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢叶片的激光再制造修复技术为背景,选取镍铬合金与WC-Co复合粉末作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在17-4PH不锈钢表面制备复合涂层,通过调整激光功率和送粉速度两个工艺参数进行实验。通过观察试样熔覆层的微观组织,并对熔覆层的力学性能进行测试,结果表明:当激光功率为1700 W时,涂层的组织均匀致密。涂层的硬度和摩擦磨损性能均高于基体。最优的工艺参数激光功率为1700 W,送粉速度为30 mg/s,此工艺参数下制备的复合涂层可以有效提高17-4PH不锈钢的硬度和耐摩擦磨损性。

La_(2)O_(3)对精密注塑模具关键零件Ni基涂层耐磨性能的影响

为研发对磨损模具部件精密修复的方法,本文研究La_(2)O_(3)掺杂Ni基沉积涂层的耐磨性能。研究发现,当La_(2)O_(3)添加量为2%、3%时,涂层中、上部硬度分布均匀;当La_(2)O_(3)添加量为3%时,其磨损体积约为未添加La_(2)O_(3)时Ni基涂层的1/18;La_(2)O_(3)对沉积涂层具有较好的细晶强化作用。综上分析,塑料模具磨损部件采用La_(2)O_(3)掺杂Ni基涂层进行修复,可大大提高其耐磨性能;同时,La_(2)O_(3)的净化、细化、造渣功能可使工艺实施时减少涂层缺陷,提高模具的修复质量。

热喷涂工艺对Ni-Cr-Al涂层硬度性能的影响

电弧喷涂是一种热喷涂技术,该技术具有优质、高效、低成本等特点。本文运用正交试验对电弧喷涂过程中喷涂电压、喷涂电流、喷涂压力、喷涂距离对Ni-Cr-Al涂层硬度性能的影响进行了研究,分别找到了影响电弧喷涂涂层硬度的主要因素,筛选出了最佳工艺条件,为今后电弧喷涂系统工艺参数的确定提供了参考。

Ni60/WC涂层表面圆凹坑皮秒激光加工关键参数研究

目的优化激光路径填充方式以减少皮秒加工圆凹坑底部的堆积现象,并探究基于该激光路径填充方式的皮秒激光关键参数对Ni60/WC涂层表面圆形凹坑形貌参数的影响规律。方法采用搭建的紫外皮秒激光微加工平台在Ni60/WC涂层表面加工预先规划的直径为230μm的圆凹坑,通过白光干涉仪测试加工所得圆凹坑的整体三维形貌对圆凹坑底部形貌进行表征。采用同心圆网格复合激光路径填充方式对圆凹坑底部堆积现象进行优化,并通过单因素法分析该路径下皮秒激光关键参数,即加工功率、扫描次数、扫描速度对圆形凹坑深度、直径和圆度系数的影响规律。结果通过优化的同心圆网格复合激光路径填充方式加工所得圆凹坑材料去除体积为7.59×106μm3,轮廓算术平均高度为21.37μm,对比原始的网格激光路径填充方式,加工的圆凹坑底部无明显堆积;基于此激光路径填充方式,在测试工艺参数范围内,圆凹坑深度、直径和圆度系数随激光功率的增大呈二次函数增大;随着扫描速度的增大,圆凹坑深度、直径呈线性减小,圆度系数呈线性增大;圆凹坑深度、直径和圆度系数随扫描次数的增加均呈线性增大。结论同心圆网格复合激光路径填充方式可以有效改善Ni60/WC涂层表面皮秒加工圆凹坑底部堆积现象,针对直径(230±5)μm、深度(30±5)μm的圆凹坑,优选出的皮秒激光加工参数范围为:激光功率6~7 W,扫描速度6000~8000 mm/s,扫描次数1~2次。

电弧离子镀Ni-Co-Cr-Al-Y-Si-B涂层的热腐蚀性能

采用电弧离子镀技术在DZ125和DSM11两种镍基高温合金基材上沉积Ni-Co-Cr-Al-Y-Si-B涂层,研究了高温合金基材及其Ni-Co-Cr-Al-Y-Si-B涂层在900℃的75％Na2SO4+25％K2SO4熔盐中的热腐蚀行为.结果表明,Ni-Co-Cr-Al-Y-Si-B涂层在热腐蚀过程中生成了连续致密的α-Al2O3氧化膜,有效地保护了合金基材免受腐蚀破坏,合金基材的热腐蚀性能对体系后期的热腐蚀行为影响很大.

Ti60合金和表面Ni-Co-Cr-Al-Y-Si涂层氧化动力学的研究

研究了Ti60合金及表面阴极多弧离子镀沉积涂层（Ni—Co-Cr-Al-Y-Si）的600～750℃的高温氧化行为。采用x射线衍射、扫描电子显微镜等方法，对Ti60合金及涂层表面形貌、结构和成分进行分析研究。结果表明涂层对Ti60合金在600，650和750℃均有较好的抗氧化性能。循环氧化动力学曲线基本上符合抛物线规律。涂层显著提高了Ti60合金抗氧化性能。

超高速激光熔覆Ni625/WC复合涂层的耐磨性能

目的 提高高铁制动盘用24CrNiMo铸钢的耐磨性和高温性能。方法 在24CrNiMo铸钢表面,通过超高速激光熔覆技术,制备Ni625/碳化钨(WC)复合涂层,并设计多层梯度熔覆,使得WC颗粒在涂层中呈均匀分布。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析涂层的物相组成、微观组织结构和元素分布。分别采用显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维形貌仪等测试涂层的硬度、室温及600℃的摩擦系数和耐磨性,分析涂层的摩擦磨损机理。通过同步热分析仪(TGA-DSC)测试涂层的抗高温氧化性能和组织的高温稳定性能。结果 涂层主要由γ-Ni固溶体、WC以及含W增强相W2C和M23C6等组成。WC分布较为均匀,涂层平均显微硬度达440HV0.2~610HV0.2,是基体硬度的1.25~1.7倍。在室温条件下,体积磨损率仅为基体24CrNiMo铸钢的4.2%~20.8%,摩擦系数略低于基体;在600℃条件下,体积磨损率为基体24CrNiMo铸钢的80.1%~180.8%,摩擦系数高于基体,且稳定性好,熔覆涂层显著提高了24CrNiMo铸钢基体的耐磨性。磨痕分析表明,涂层在室温下主要为磨粒磨损,600℃下除了磨粒磨损之外,并还伴随着轻微的氧化磨损,其中复合涂层S3的性能最佳。结论 在以高速强力磨损为主的工况下,Ni625/WC复合涂层具有优异的耐磨性能和抗高温氧化性能,球形WC颗粒在提高涂层耐磨方面发挥了重要作用。

高速激光熔覆Ni基合金涂层对球墨铸铁表面改性的研究

为提高球墨铸铁的表面性能,采用高速激光熔覆技术在其表面制备了Ni基合金涂层。分析了该涂层的物相、表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。结果表明:Ni基合金涂层主要由γ-Ni、Cr23C6、Ni2Si及Ni3B相组成。涂层表面平均硬度约为球墨铸铁的1.58倍,磨损量相较于基体磨损量减少65.7%;涂层以磨粒磨损为主并带有少量的剥落坑,基体主要为黏着磨损。Ni基涂层的自腐蚀电位Ecorr比基体的提高187.1 m V,同频时阻抗值大于基体的,其耐蚀性优于球墨铸铁的耐蚀性。