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。

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。

大气等离子喷涂制备Ni基TiB_2复合涂层的研究

采用化学镀Ni-B合金包覆TiB2粉,Metco-7M等离子喷涂制备TiB2/Ni-5%Al金属陶瓷涂层,研究TiB2含量对涂层的微观组织、结合强度、显微硬度的影响。用X射线衍射、SEM扫描电镜分析涂层物相组成和形貌;用线扫描能谱分析涂层与基体的界面元素分布;采用对偶件拉伸法测试涂层结合强度,用显微硬度仪测试涂层硬度。结果显示,TiB2以原始颗粒形态存在于涂层中,无TiB2的氧化产物TiO2,其他氧化产物Al2O3、NiO含量较低;涂层与低碳钢基体存在微观冶金结合;结合强度高达40 MPa,随TiB2含量增加,涂层显微硬度增大,结合强度变化不大。

CeO_(2)添加量对激光熔覆TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层组织和性能的影响

利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了添加质量分数1.0%,1.5%,2.0%CeO_(2)的TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层,研究了复合涂层的物相组成、显微组织和硬度,讨论了搭接率(30%,40%,50%)对最佳CeO_(2)含量条件下复合涂层试样摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合涂层均由TiB_(2)、TiB、α-Ti、TiC、Ni_(3)Ti、Cr_(23)C_(6)、Ti_(2)Ni、Cr_(3)C_(2)、γ-Ni等相组成;添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的组织最为均匀致密,细化效果明显;随着CeO_(2)添加量的增加,复合涂层的硬度先增后降,添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的硬度最高,约为1 015 HV。CeO_(2)的最佳添加质量分数为1.5%,在此条件下随着搭接率的增加,试样的磨损质量损失先减小后增大,当搭接率为40%时,磨损质量损失最小,磨损机理为磨粒磨损。

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。

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。

钛合金表面激光熔覆TiB_2-TiC/Ni复合涂层的真空摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备以反应合成TiB2和TiC颗粒为增强相的Ni基复合涂层,利用УТИТВ-100型销-盘摩擦磨损试验机研究了激光熔覆层在真空(10-5Pa)中的干滑动摩擦磨损性能,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了摩擦偶件的磨损表面形貌,讨论了激光熔覆层的磨损机制。结果表明,激光熔覆层的摩擦系数在0.25～0.5之间,明显低于TC4合金的摩擦系数(0.45～0.8),磨损体积约为TC4合金的40%。随法向载荷和滑动速度的增加,激光熔覆层的磨损体积增加,激光熔覆层的磨损机制主要为粘着磨损和粘附转移物引起的磨粒磨损。

2738模具钢表面激光熔覆Ni基WC复合涂层的摩擦磨损性能

在2738模具钢表面通过CO2激光熔覆制备Ni基WC复合涂层。分别对2738钢基体和Ni-WC激光熔覆层进行干摩擦试验。用三维表面形貌仪测量磨损体积,用扫描电镜观察磨痕的表面形貌。试验结果表明,Ni-WC复合涂层试样的硬度显著提高,表面硬度超过1200HV,保证了Ni-WC熔覆层的耐磨性。熔覆层的平均摩擦因数约为0.24,与2738钢基体的摩擦因数0.43相比,降低了约44%。熔覆试样的比磨损率比基体试样的比磨损率下降了96.7%,WC硬质相提高了摩擦副表面的承载能力。磨粒磨损为Ni-WC复合涂层的主要磨损机理。

超音速火焰喷涂TiC-TiB2增强Ni基涂层的研究

利用超音速火焰喷涂技术在45号钢基体上制备了2种TiC-TiB2增强Ni基涂层,研究了涂层的组织和性能并与Ni60涂层进行对比分析。结果表明,含Ti-B4C自反应组元粉末的喷涂火焰呈明亮的白炽状态,火焰温度明显高于喷涂Ni60粉末的火焰温度,TiC-TiB2陶瓷增强Ni基涂层的显微硬度和耐滑动磨损性能明显优于Ni60涂层。Ti-B4C-Ni团聚态粉末形成的涂层中陶瓷相均匀分布在金属基体中,颗粒细小,在摩擦过程中不易脱落,有效提高了片层强度和硬度,增强了涂层的耐磨性。而Ti-B4C团聚态粉与Ni60机械混合粉末形成的涂层中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,使得涂层的结合性和耐磨性略有降低。

磨损条件对等离子熔覆TiB_2-TiC/Ni复合涂层磨损性能的影响

利用等离子熔覆技术以Q235低碳钢为基体制备了TiB_2-TiC强化Ni基复合材料涂层,涂层中的主要物相为TiB_2、TiC和γ-Ni,硬度达1 050 HV0.5,涂层与基体呈冶金结合状态。分别采用Al2O3陶瓷球和不锈钢球为对摩副,在30、60和120 N磨损载荷下进行往复干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Al2O3陶瓷球为对摩副时,低载荷下(30 N)表现为微切削磨损形式;60 N载荷时,出现压实层的结构,降低了摩擦因数,磨损机理转变为粘着磨损的形式;当载荷增加到120 N时,磨损机理为氧化磨损和剥层磨损。而采用不锈钢磨球时,涂层硬度大于对摩不锈钢球硬度,磨球发生剪切破坏,部分转移到涂层表面,相对于Al2O3陶瓷磨副时具有更大的粘着效应,且随着载荷的增大转移量增加,粘着磨损加剧,所以摩擦因数呈现出随着载荷加大一直上升的趋势。

La_2O_3对激光熔覆TiC/Ni基复合涂层的影响

利用CO2横流激光器在低碳钢基体表面熔覆含稀土氧化物La2O3的镍基TiC金属陶瓷复合层,研究了不同含量的La2O3对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响。结果表明,加入适量的稀土氧化物La2O3可有效改善激光熔覆复合层的显微组织,减少复合层中的裂纹、孔洞、夹杂;加速复合层中TiC颗粒的溶解和改善TiC颗粒的形状变化,同时,熔覆复合层的耐磨性和耐蚀性明显提高。

激光熔覆(WC+W_2C)_p/Ni基合金复合涂层的微观结构特征

运用XRD、SEM及显微硬度试验等手段研究了激光熔覆Co包铸造(WC+W2C)p增强Ni基合金复合涂层的微观组织特征,分析了Co包铸态(WC+W2C)p在激光熔覆过程中的冶金行为.研究结果表明:在激光熔覆过程中,(WC+W2C)p的Co包覆层完全熔化,(WC+W2C)p本身也发生部分溶解,其稳定性随W2C/WC比增大而降低;当熔池凝固时,(WC+W2C)p在涂层中的分布主要受激光熔池中存在的强烈对流和颗粒/凝固前沿相互作用所控制;依赖于局部成分,涂层中形成变成分的η1-M6C(M=Co、W、Ni)型碳化物,优先分布在(WC+W2C)p表面;涂层基体的典型组织由分布在γ-Ni+M23C6为主加硼化物Ni4B3、Ni3B和碳化物M7C3的伪多元共晶中的η1-M6C组成.

TiB_2颗粒增强Ni_3Al基复合材料的组织和性能

比较了自行制备的TiB2颗粒增强的Ni3Al基复合材料铸态和经热处理后的微观组织和高温压缩机械性能。结果显示，经1100℃×48h热处理后，TiB2颗粒的大小、形貌均有较大改变。TiB2颗粒增强Ni3Al基复合材料具有比基体高的弹性模量、屈服强度，但塑性有所降低。

热喷涂TiB_2-Ni复合涂层组织结构和力学性能

采用团聚烧结方法制备TiB2-Ni复合粉末喂料,并采用大气等离子喷涂和高速火焰喷涂两种喷涂方法制备了TiB2-Ni涂层,比较分析了两种涂层的显微组织、物相组成、孔隙率、硬度和断裂韧性.结果表明,与等离子喷涂相比,高速火焰喷涂制备的TiB2-Ni涂层具有更高的致密度,TiB2含量,硬度和断裂韧性.两种涂层中TiB2都没有发生明显的脱硼,氧化,但等离子喷涂过程中TiB2向金属相中发生了溶解生成了大量脆性Ni20Ti3B6相,并降低了涂层中TiB2的含量,这是涂层硬度和断裂韧性相对较低的主要原因.

B_4C量对TiC-TiB_2颗粒增强金属基复合材料涂层制备的影响

对Al-B4C体系下B4C的量与原位内生TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层制备之间的关系进行了研究。结果表明,Al:B4C质量比大于9:1可制备出高质量的TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层,提高Al:B4C质量比虽有利于涂层的制备,但不利于涂层中增强相体积分数的提高。Al在涂层制备过程中的作用主要是降低单位体积内参加反应物的量、降低生成TiC-TiB2反应的门槛温度和充当除氧剂的作用,为涂层的制备提供了一种更加便利的途径。

钛合金表面激光熔覆Cr_3C_2/Ni基合金复合涂层的微观组织

将质量分数为25％的Cr3C2／Ni基合金混合粉末预置在TCA合金表面，利用5kW横流CO2激光器进行激光熔覆试验，得到Ni基Cr3C2复合涂层．利用SEM和XRD对熔覆层的微观组织和相组成进行了分析，采用HXD—1000T数字式显微硬度计测量了熔覆层的硬度．结果表明，Ni＋Cr3C2复合涂层存在γ-Ni、TiC、CrTC扑M23（C，B）6和CrB等相，熔覆层硬度在600～900HV之间．

激光熔覆Cr_3C_2/Ni基复合涂层的磨削特性

为研究不同磨削参数、不同质量分数及粒度的Cr_3C_2对激光熔覆Cr_3C_2/Ni基复合涂层磨削表面质量的影响规律,探究其磨削特征及磨削表面缺陷的形成机理,采用CBN砂轮对激光熔覆Cr_3C_2/Ni复合涂层进行磨削实验.实验结果表明:Cr_3C_2/Ni基复合涂层磨削表面的加工缺陷主要产生于Ni合金基体中形成的堆积、犁沟、局部崩碎、裂纹,以及破碎的Cr_3C_2颗粒和由于破碎的Cr_3C_2脱落、被压碎的Cr_3C_2颗粒产生的表面凹坑等.在较小的切深和较低质量分数的Cr_3C_2条件下,Ni合金基体中较容易形成堆积;随着切深的增加,Ni合金基体中的犁沟加深,局部出现崩碎;当涂层中的Cr_3C_2质量分数高于20%时,Ni合金基体中甚至出现裂纹;涂层中Cr_3C_2质量分数达到30%时,磨削表面出现较多破碎的Cr_3C_2和凹坑.在相同的磨削参数下,涂层磨削表面粗糙度随着熔覆层中Cr_3C_2粒径的增大而增大,随着Cr_3C_2质量分数的增加而降低,但Cr_3C_2质量分数超过20%时,涂层的粗糙度反而略有上升.减小Cr_3C_2的粒径和提高砂轮的线速度可以减少涂层磨削缺陷的产生.

TiB_2含量对Ni基感应熔覆涂层组织与性能的影响

目的采用高频感应熔覆技术,在35CrMo钢表面制备TiB_2增强Ni基涂层,并研究TiB_2添加量对Ni基涂层的组织、硬度以及耐磨性的影响规律。方法利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察Ni基涂层的微观组织形貌。利用EDS能谱分析仪对熔覆层不同区域的显微组织进行成分分析,并结合X射线衍射仪对涂层进行物相分析。利用HXD-2000TM/LCD显微硬度计对试样的截面进行硬度测试。在MDW-100型磨损实验机上进行销盘副磨损实验,评价涂层的耐磨性。结果感应熔覆Ni基涂层无裂缝、气孔等缺陷,与基体形成冶金结合。涂层的主要物相为γ-Ni、Ni_2B、CrB、Cr_(23)C_6等。添加TiB_2颗粒后,熔覆过程中TiB_2颗粒并未发生分解。随着TiB_2添加量的增加,Ni基涂层的硬度逐渐增大,耐磨性逐渐增强,添加15%TiB_2颗粒的涂层硬度最大,摩擦系数最小。与不添加TiB_2的涂层相比,在相同的磨损条件下,添加15%TiB_2的涂层硬度提高了15.88%,摩擦系数降低了16.5%,磨损量减少了43.15%。结论 TiB_2颗粒的添加使得涂层的硬度增大,耐磨性增强。与此同时,添加15%TiB_2颗粒的涂层性能最为优异。

Ni掺杂对TiB_(2)硬质涂层组织结构和力学性能的影响

TiB_(2)涂层独特的晶体结构和强共价键赋予其超高的硬度和化学稳定性,但也存在韧性差及膜基结合力较差的问题。结合高功率脉冲磁控溅射技术和射频磁控溅射技术制备了Ni掺杂的TiB_(2)涂层,采用SEM、EPMA、XRD、XPS、纳米压痕仪、划痕试验仪、高温摩擦磨损试验机对比研究了不同Ni含量的TiB_(2)⁃Ni涂层的微观形貌、化学成分、物相结构、力学性能、摩擦学性能等。结果表明:Ni掺杂的TiB_(2)⁃Ni涂层中,少量Ni元素固溶于TiB_(2)晶格,过量的Ni元素以金属相形式存在,在晶界处形成了纳米复合结构,限制了TiB_(2)晶粒的生长,导致涂层柱状晶细化和纳米化。Ni元素掺杂导致TiB_(2)涂层的硬度与弹性模量明显下降,膜基结合力和涂层韧性随着Ni元素含量的增加持续增加,涂层摩擦系数先降低后升高,磨损形貌显示为磨粒磨损和粘接磨损。TiB_(2)⁃Ni涂层通过生成Ni金属相,在裂纹扩展时发生形变,以吸收断裂能量来提高涂层韧性,Ni含量为4.9%(原子分数)的TiB_(2)⁃Ni涂层具有较好的硬度和韧性。

(Ni,C_f)/(TiC-TiB_2)陶瓷基复合材料SHS/PHIP工艺的正交优化

在利用SHS/PHIP技术制备(Ni,Cf)/(TiC-TiB2)陶瓷基复合材料过程中,对预制坯相对密度、预压力、延迟时间、致密化压力、保压时间等基本工艺参数以及镍和碳纤维的含量与材料性能之间的关系进行了分析,从而确定了影响该材料性能的主要因素为致密化压力、镍含量和碳纤维含量,并为此设计了一个三因素三水平的正交试验。结果表明:在质量为120 g的试样中,当碳纤维的含量为3%、镍含量为15%(均为质量分数),预制坯相对密度为61%左右、延迟时间为16 s、致密化压力为300 MPa、保压时间为6 s时,该材料的性能最优,其室温弯曲强度σb=488.27MPa,断裂韧性KIC=12.90 MPa.m1/2。