C/C复合材料表面Ni涂层的制备及性能研究

石墨材料作为单晶炉热场常用材料,直接影响单晶硅的生长速率和质量。采用C/C复合材料代替单晶炉中石墨材料存在易氧化的缺陷,为此,利用电镀法在C/C复合材料表面制备了Ni涂层。利用正交试验确定最优电镀试验参数,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、EDS等测试手段分析涂层的相组成、微观形貌和化学组成,并采用热冲击试验和热震性试验对所制备的涂层的抗热冲击性能进行研究。结果表明:电流密度0.4 A/dm^(2),电镀时间40 min,镀液温度55℃,pH值6条件下制备的涂层的耐磨性最佳。电镀处理后C/C复合材料表面形成了一层均匀、与纤维表面结合紧密的镀层,镀层比较圆整。膜层成分中有大量Ni元素存在。Ni镀层提高了C/C复合材料的抗高温氧化性能。

超音速等离子喷涂工艺参数对AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度的影响

为使AlSi-20%Al/Ni超音速等离子喷涂涂层获得优良的结合性能,采用正交实验法研究了喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流等喷涂工艺参数对结合强度的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等手段对涂层的相组成和断口形貌进行分析,利用WDW-E100D微机控制式万能拉伸试验机对涂层结合强度进行测试。结果表明:涂层由AlSi和AlNi两相组成,影响AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度工艺参数的主次顺序为喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流,优化后的工艺参数为主气流量3.2m3/h,喷涂电流为380A,喷涂电压为130V,喷涂距离为90mm,在此参数下制备的涂层组织致密,其结合强度为65.5MPa。

冷喷涂Ni涂层的微观组织

采用SEM和TEM对冷喷涂Ni涂层的微观组织进行表征。结果表明:在粒子尺寸范围内,Ni涂层的微观组织有明显差异:粒子界面处,微观组织以带状晶和等轴晶为主;界面附近以位错墙、位错缠结形貌为主,且距离界面越近,晶粒细化越明显;两区域对应的组织演变机制分别是高应变速率动态再结晶机制和位错运动导致的晶粒细化机制。

退火处理对冷喷涂Ni涂层组织与力学性能的影响

采用普通光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针、显微硬度和常温拉伸等方法,研究了退火处理对冷喷涂Ni涂层组织与力学性能的影响。结果表明,随退火温度的升高,涂层的硬度逐渐降低,断后延伸率逐渐增加,而抗拉强度先增后减,其拉伸断裂行为由脆性断裂过渡到脆、延性混合断裂,最后转变为延性断裂;冷喷涂Ni涂层在高温退火时(如900℃),易发生晶粒的不一致长大、氧化物球化团聚以及各种缺陷向晶界扩散聚集形成孔洞等现象,这均降低了高温退火涂层的抗拉强度。指出合理的后续退火处理可以大幅提高冷喷涂Ni涂层的抗拉强度,但退火难以消除涂层中大的缺陷,不能显著增加其断后延伸率。

氧气流量对TiB_2陶瓷相增强25Ni涂层组织与性能的影响

通过机械合金化球磨方式制备Ti B2硬质相和Co粘结相质量比为3:1的Ti B2-25Ni金属陶瓷复合粉末,采用超音速火焰喷涂技术在Q235钢基体表面制备了3种不同氧气流量的Ti B2-25Ni涂层,通过扫描电子显微镜、X射线衍射表征涂层的微观组织形貌和物相结构,采用显微硬度计测量涂层硬度值,并对涂层的抗热震性能、耐熔融铝硅腐蚀性能和耐磨粒磨损性能进行研究。结果表明,3种涂层组织致密,呈典型的层状结构;涂层的主要物相均为Ti B2和Ni;3种涂层的显微硬度值分别为(408±87)HV0.3、(513±90)HV0.3和(553±77)HV0.3;经过热震试验发现,氧气流量为462 L/min的试样具有最佳的抗热震性能;经过60 h熔融铝硅腐蚀试验发现,3种涂层试样均具有良好的耐腐蚀性,其中以氧气流量为462 L/min的试样最佳。在磨粒磨损试验中发现,氧气流量为462 L/min的涂层试样的耐磨性比基体提高近6倍。

Ti—Ni涂层的研制进展

NiTi合金具有超弹性和优良的耐磨耐蚀性能，是理想的抗空泡腐蚀材料。但NiTi合金制备成本高、加工难度大、可焊性差，这使其应用受到很大的限制。采用涂层技术沉积Ti—Ni涂层可以大大降低成本和加工难度。本文综述了国内外Ti—Ni涂层的研制现状，并重点阐述了复合涂层工艺对涂层性能的影响。

X80钢表面Ni涂层在饱和CO2模拟海水中的耐蚀性能

为了提高X80管线钢在含CO2海水环境中的耐蚀性,采用电化学脉冲沉积法在X80管线钢表面电镀不同占空比的Ni涂层,研究了X80基体和占空比分别为50%、80%和100%的镀Ni涂层在饱和CO2模拟海水中浸泡2 h和12 h的腐蚀规律。采用电化学方法、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对X80基体及其表面上不同占空比Ni涂层的耐蚀性能、微观形貌和结构进行测试评价。结果表明:通过在基体表面镀Ni涂层可以有效控制腐蚀,并且占空比100%的镀Ni涂层的耐蚀性最高。XRD结果表明,CO2模拟海水环境中主要腐蚀生成物有Fe3C、FeCO3及FeOOH。对比分析试验结果对解决X80在含CO2海水环境中的腐蚀问题并提出相应的防腐蚀措施有一定的借鉴与指导作用。

大气等离子喷涂NiCrBSi-Mo/Ni涂层中黏结层对NiCrBSi-Mo复合工作层性能的影响

利用大气等离子喷涂系统在叶片钢材料FV520B上依次制备镍基黏结层和NiCrBSi-Mo复合工作层,并对NiCrBSi-Mo粉末的沉积率、涂层孔隙率、结合强度及表面硬度进行测试。结果表明:在NiCrBSi-Mo/Ni涂层中,厚度为180~220μm的黏结层在提高NiCrBSi-Mo粉末沉积率的同时可制备较低孔隙率、较高结合强度和硬度的表层涂层;黏结层厚度的增大导致工作层起始沉积位置的孔隙率增大,且加快了工作层在垂直方向上孔隙率的衰减过程。SEM分析发现,黏结层厚度的增大引起黏结层与工作层结合界面处熔滴沉积堆叠形貌的变化,黏结层中的缺陷对工作层产生"遗传性"的影响;胶结拉伸实验表明,黏结层厚度过大会导致拉伸过程中黏结层与工作层结合面处的断裂;在不同的抛磨面,一定黏结层厚度的试样块在垂直方向上的维氏硬度衰减较为缓慢,NiCrBSi-Mo/Ni涂层不仅保持了涂层表面高的硬度,且增大了涂层的厚度,以修复材料表面的损伤。

不同Cr3C2成分的激光熔覆Cr3C2/Ni涂层组织

采用优化的工艺参数制备了不同Cr3C2成分的Cr3C2/Ni熔覆层,研究了不同Cr3C2含量及粒径对激光熔覆Cr3C2/Ni涂层组织的影响。结果表明:随着Cr3C2含量增加,熔覆层的组织更加细密,当Cr3C2含量超过20 mass%时,熔覆层有较多Cr的碳化物产生,且熔覆层中二次枝晶生长明显;Cr3C2含量达到30 mass%时,熔覆层底部存在较多未熔解的碳化物,熔覆层硬度值出现较大波动;Cr3C2粒径范围从45~109μm减小到15~45μm,熔覆层中二次枝晶消失,Cr3C2粒径范围为5~15μm时,熔覆层组织弥散程度较高;Cr3C2粒径的减小可以提高熔覆层的耐磨性并减少其硬度波动。

TiB_2-ZrB_2/Ni涂层电极点焊镀锌钢板失效过程分析

目的了解TiB_2-ZrB_2/Ni涂层电极点焊镀锌钢板时的失效机理。方法通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度测试等表征方法,研究TiB_2-ZrB_2/Ni涂层点焊电极点焊镀锌钢板时表面结构、物相及性能的变化。结果 TiB_2-ZrB_2/Ni涂层电极对提高点焊电极寿命有很大帮助,点焊电极寿命可提高5倍左右。涂层使点焊电极表面的硬度得以明显提高,减缓了点焊电极端部塑性变形的进程。ZrB_2-TiB_2/Ni涂层在一定程度上减缓了钢板镀层与点焊电极产生合金化反应的进程。结论 ZrB_2-TiB_2/Ni涂层电极由于具有一定的塑性,点焊过程中涂层不会出现完全脱落现象。涂层作用一直持续至电极失效,电极失效的形式主要表现为塑性变形。

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。

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。

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。

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。

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。

冷喷涂参数对合金钢表面Ni涂层显微组织和腐蚀防护性能的影响

目的提高核电管道用合金钢材料的耐腐蚀性能。方法采用中低压冷喷涂工艺在30CrMnSi低合金钢表面制备了Ni涂层,使用数码相机、扫描电镜、电化学工作站等重点研究了喷涂工艺参数(喷涂气体压力和温度)对涂层显微组织、电化学性能和耐盐水性能的影响。结果采用CS1(0.8 MPa-150℃)、CS_(2)(1.0 MPa-200℃)、CS3(1.5 MPa-200℃)和CS4(1.7 MPa-250℃)参数制备的冷喷Ni涂层,涂层厚度由155μm增加至265μm,涂层孔隙率由3.5%降低至0.9%,自腐蚀电位(Ecorr)由‒0.623V增加至‒0.328V(vs.SCE),腐蚀电流密度(Jcorr)由4.3×10^(‒5)A/cm^(2)降低至4.4×10^(‒6) A/cm^(2);4种工艺条件下的冷喷Ni涂层经1000 h人造海水浸泡试验后,对基体仍存在腐蚀保护作用。结论冷喷Ni涂层在人造海水环境中的退化机制源于涂层表面的疏松性质和内部孔隙。浸泡初期,氯离子快速渗透进涂层内部并形成可溶性的氯化物,生成较为封闭的腐蚀坑;随着浸泡时间的延长,涂层内部的孔隙逐渐被这些产物填充满,腐蚀表层变得更加稳定和致密,并逐渐形成了保护层,从而阻断了新鲜氯离子的进一步补充;浸泡后期,阻塞区内外电化学条件的显著差异,加速了腐蚀坑内金属的腐蚀进程,堆积在表层的腐蚀产物体积膨胀或在应力作用下产生了裂纹,氯离子通道再次打开,腐蚀产物不断向外排出,腐蚀表层逐渐脱落。通过提高喷涂压力和喷涂温度,可有效提高冷喷Ni涂层的致密度和结合强度,有力抑制了涂层在盐水环境中的腐蚀扩展过程。通过积累不同工艺条件下冷喷涂Ni基涂层在人造海水环境中的腐蚀失效数据,为冷喷涂Ni基涂层工程化应用提供理论支撑。

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。