NiCoCrAlY合金粉体形态及粒度分布对超音速等离子喷涂制备合金涂层氧化行为的影响研究

以不同粒度分布的四种NiCoCrAlY合金粉体为原料,采用最新开发出的高效能超音速等离子喷涂技术制备合金涂层。分别对合金涂层进行"1000℃、8h预氧化+1100℃、100h氧化"及直接"1100℃、120h"高温氧化试验。对喷涂及氧化试验后的涂层进行SEM观察及EDX分析,结果表明:四种合金涂层在形成过程中,均发生了不同程度的内氧化,原始粉末粒度分布越宽,合金涂层的内氧化程度越大,而在随后的氧化试验过程中,越容易出现热生长氧化物(TGO)生长速度过快、组织粗大且不均匀的现象。对于高效能超音速等离子喷涂而言,合金原料粉体合理的粒径范围应在35～60μm之间。

高温含水气氛对Pt改性NiCoCrAlY合金氧化行为的影响

为了研究Pt改性NiCoCrAlY合金在高温含水气氛中的高温抗氧化行为,进一步理解高温含水气氛对Pt改性涂层表面形貌以及产物的影响,采用电镀方式在NiCoCrAlY合金表层制备了一层1.5μm厚的Pt层,然后对涂层进行热处理。对Pt改性NiCoCrAlY涂层在1 050℃的空气和含水气氛下的高温氧化行为进行对比研究。采用扫描电镜(SEM)观察表面形貌,采用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)分析了涂层的相结构及成分。结果表明:在含水气氛下,Pt改性合金表面生成针状Al_2O_3,基体不同相β-NiAl与γ'-Ni_3Al在含水气氛中表现出不同的Al_2O_3生长速率,从而导致氧化层中生长应力的堆积,导致氧化层的剥落。

GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe_(2)O_(3))萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm^(2)。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al2O3屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm^(2),随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm^(2)。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提高GH907高温合金高温抗氧化性能。

基于热处理工艺的拖拉机发动机铝合金组织性能研究

采用不同时长的热处理工艺,对拖拉机发动机铝合金组织性能进行了对比分析。结果表明:热处理后,铝合金性能得到了较大程度的提高,若优先考虑材料性能,则应该采用180℃×4 h的单级热处理时效;若优先考虑工艺效率和成本,则可以采用150℃×1 h+170℃×1 h的双级热处理时效。

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying,VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1100℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。

可降解锌基合金在骨缺损修复重建中的应用及研究热点和不足

背景:锌基合金医用植入材料有优异的力学性能、完全可降解性、良好的生物相容性,主要用于骨科植入物、心血管支架、胆管支架、气管支架、神经导管等。目的:综述可降解锌基合金应用于骨缺损修复的研究进展,展望锌基材料可期研究方向与成果。方法:检索PubMed、Web of Science、万方及中国知网数据库,选择各数据库建库至2023年6月收录的各类可降解锌基合金用于骨植入材料研究的相关文献,对生物可降解锌基合金的基本特性进行概述,对锌基合金促进骨组织修复作用进行梳理和归纳总结,讨论当前的研究热点与不足。结果与结论:①锌基合金具备良好的生物相容性,以锌基合金为基体材料,借助支架结构构建技术和涂层优化工艺将有效提高锌基合金的骨传导性,并且使其降解产物具备高效骨诱导性,以调控成骨、破骨细胞的基因表达,促进骨缺损后的修复重建;②然而在锌基合金优化的研究中,涂层工艺相对不足,增材负载技术尚缺乏;③锌基合金拥有良好的机械、生物特性,通过特殊工艺可增加材料的骨传导性、骨诱导性以有效提高其促进骨修复重建能力,并有望进一步实现个性化移植材料的研发。优化涂层与增材负载等技术融合于锌基合金的研究有待进一步探讨。

Ta-W/Hf合金的结构稳定性及力学性质的第一性原理计算

Ta-W/Hf合金具有高熔点、高密度、高延展性等性质,在核电、武器装备等关键零部件中发挥着重要作用,本研究基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建不同掺杂含量下的Ta-W/Hf合金模型,计算Ta-W/Hf的晶格常数、结合能、弹性常数、弹性模量、泊松比、维氏硬度、电子态密度等性质参数,分析W、Hf掺杂元素对Ta合金稳定性及力学性能的影响.结果表明:Ta-W合金的晶格常数、弹性常数、体模量、杨氏模量、剪切模量均随着W含量的增加而增加;然而Ta-Hf合金的相关性质参数变化趋势则相反.同时,结合能及电子态密度结果表明Ta-W合金的稳定性与W含量呈正相关;Ta-Hf合金的稳定性随着Hf含量的增加而降低,但Hf的添加对Ta合金的各向异性趋势变化影响显著,且Hf可以明显提高Ta合金的韧性.

形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用

背景:随着科技的不断进步,新技术和新方法的引入将为形状记忆合金在辅助和康复领域的应用带来更多的可能性和新的突破。目的:通过综述形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用现状,讨论它们的主要方法、技术和结果,归纳总结并提出建议,希望形状记忆合金能够不断优化,为辅助和康复设备的发展带来更多新的变革。方法:通过计算机检索万方、Pub Med和Web of Science数据库,以“形状记忆合金,应用进展,正畸,矫形,假肢,康复,特性,植入,力学性能,镍钛记忆合金,驱动”为中文检索词,以“Shape memory alloys,Application,Orthodontics,Orthopedic,Prosthetics,Rehabilitation,Properties,Implant,Drive,Progress,Prostheses”为英文检索词,最终纳入91篇文献进行综述。结果与结论:(1)形状记忆合金具有耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性、抗疲劳性和抗扭结性等特性,相比其他传统材料(不锈钢、钛合金、钴铬合金等)具有更低的弹性模量且无生物毒性,适合作为假体长期植入体内。由于其具有形状记忆效应和优异的力学性能,遂主要作为驱动元件或作为连接设备和人体的桥梁应用于假肢、矫形器和康复设备中。(2)使用形状记忆合金驱动元件能够减轻设备质量、消除噪声、容易操作、便于携带和更好地辅助关节运动等,比起使用气动、液压和电气驱动方法的设备优势明显。(3)另外形状记忆合金在变形时能够产生恒久、稳定的应力,相比不锈钢、钛合金和铝合金矫形器具有更高的材料回收率且不用频繁更换调整,所以在矫治畸形方面更具实用价值。(4)目前形状记忆合金在矫形器中应用最多,在镫骨假体中的临床应用效果最好。而由于技术及成本等的限制,形状记忆合金在假肢和康复设备中的应用较少,且缺乏对应用效果的大样本研究。(5)虽然形状记忆合金在辅助和康复领域得到了一定的发展,但仍存在许多问题:对形状记忆合金进行精准控制很难;形状记忆合金的冷却速度慢;无法对其变形速度进行控制;缺乏对不同性状形状记忆合金的对比研究和专家共识;形状记忆合金成本高,价格贵。(6)未来应注意开发新型形状记忆合金,增加对比性研究,采用新技术、新方法(如4D打印等)解决目前存在的问题,从而研发出高性能的辅助器具和康复设备。

Cu-Fe合金凝固过程中结构变化研究

采用分子动力学模拟方法研究了Cu_(100-X)Fe_(X)(X=1%、3%、5%)合金在冷却速率为2×10^(10)K/s条件下合金凝固过程.研究表明,Fe含量为1%时,随着合金温度的降低Fe原子始终保持均匀分布的状态,未出现Fe原子聚集现象,晶体结构是以FCC为主的Cu基体,Fe原子以固溶形式存在于基体中.Fe含量为3%时,随着合金温度的降低Fe原子有聚集趋势,但BCC晶体结构占比较小,晶体结构仍是以FCC为主的Cu基体.Fe含量为5%,随着合金温度的降低Fe原子发生明显聚集,最终形成以FCC、HCP晶体类型为主镶嵌Fe原子的Cu基体.研究了Fe团簇的形成过程,结果表明,Fe团簇的形成、长大是一个连续的过程,该过程受形核生长机制控制,不同阶段形成Fe团簇的大小和数量受Fe-Fe原子相互作用力、Fe原子的扩散能力以及Fe团簇与Cu基体间的界面能三个因素共同影响.

铜银纳米合金团簇结构转变的原子模拟

采用基于嵌入原子方法势的分子动力学方法对熔融Cu_(n)Ag_(53-n)(n=0~53)和Cu_(n)Ag_(54-n)(n=0~54)合金团簇的降温凝结过程进行模拟.通过结构相图、自由能、原子化能、形状因子、对分布函数、熵和直观可视化的原子堆积结构等多种计算分析手段,在原子尺度上探究温度、组分和初始构型等对小尺寸Cu-Ag合金团簇在降温凝结中的结构转变以及热力学量的影响.模拟结果表明,在室温下含有少量Cu原子的二元合金团簇可以形成的核壳式二十面体几何结构,同时Cu原子取代Ag原子也有助于合金团簇的稳定.组分的改变和温度的降低使堆积结构由无序变为有序,同时伴随着原子势能、形状因子、熵的振荡下降,低温阶段熵值下降明显.

IC6合金NiCoCrAlY涂层在制造过程中的修复研究

研究了适用于 IC6合金的 Ni Co Cr Al Y涂层在制造过程中的修复对涂层本身及 IC6合金基体的显微组织和力学性能的影响。结果表明 ,与原始态涂层相似 ,修复态涂层通过扩散层与基体紧密结合 ,涂层 /基体界面处没有任何孔洞和裂缝 ,各元素在涂层、基体之间存在明显的浓度梯度。而且涂层修复对 IC6合金的显微组织和力学性能均没有明显影响。经过 110 0℃ / 90 MPa持久试验后 ,原始态涂层和修复态涂层与 IC6合金基体之间都发生了明显的互扩散 ,涂层中 Mo含量上升到 16 % (质量分数 ,下同 )左右 ,而 Cr和 Co含量下降至 5 %左右 ,但涂层仍然与合金基体结合紧密。因此 ,Ni Co Cr Al

喷丸处理对IC6合金NiCoCrAlY涂层表面粗糙度的影响

研究喷丸处理对IC6合金N iCoCrA lY涂层表面粗糙度的影响。结果表明,在涂层真空扩散处理后进行喷丸处理,喷丸压力0.4MPa和时间4m in可显著改善N iCoCrA lY涂层表面粗糙度,使Ra降至1.6μm以下,并可提高涂层致密度。涂层喷丸处理所引入的残余压应力没有引起基体IC6合金再结晶。因此采取喷丸处理改善IC6合金N iCoCrA lY涂层表面粗糙度是完全可行的。

纳米CeO_(2p)对镍基高温合金表面NiCoCrAlY激光熔覆涂层氧化行为的影响

纳米CeO_(2p)是合金中最为常用的一种稀土改性材料,可明显改善合金的抗氧化性能.为了研究纳米CeO_(2p)对双层热障涂层中NiCoCrAlY粘结层抗氧化性能的影响.本文采用激光熔覆技术,在镍基高温合金表面上制备了4种纳米CeO_(2p)含量不同的NiCoCrAlY粘结涂层,分析了它们在1050℃空气氛围中的等温氧化行为,并初步探讨了纳米CeO_(2p)的作用机制.结果表明:添加纳米CeO_(2p)的涂层的抗氧化性能均高于未加纳米颗粒的涂层,其中添加2%(质量分数)纳米CeO_(2p)的涂层抗氧化性能最好.在氧化100 h后,添加2%纳米CeO_(2p)涂层的质量增加仅为1.56 mg/cm^2,较未加纳米颗粒的涂层减少一半以上;同时,涂层进入稳态氧化所需要的时间极短.仅为未加纳米颗粒的涂层的1/20;此外,涂层氧化膜在长时间氧化后仍很致密,涂层内部仅出现轻微的内氧化,而相同氧化条件下的未加纳米颗粒的涂层的氧化膜已趋于失效.

适用于Ni_3Al基合金IC6的NiCoCrAlY涂层研究

为了研制适用于IC6合金的NiCoCrAlY包覆涂层,采用离子电弧镀方法在Ni3Al基合金IC6上涂覆了NiCoCrAlY5元包覆涂层,测试了涂覆涂层后IC6合金的主要力学性能和抗氧化抗腐蚀性能.结果表明,NiCoCrAlY涂层主要由γ(Ni)、γ′(Ni3Al)、β(NiAl)和α Cr组成,可使IC6合金的抗氧化抗腐蚀性能得到明显改善,而且对IC6合金的主要力学性能无明显影响,是IC6合金一种较为理想的防护涂层.

铜锶二元掺杂硅酸钙涂层改性钛合金的促成骨和抗菌效应

背景:钛合金作为骨科植入物时缺乏生物活性,可导致种植体松动和假体周围感染,因此,研究一种兼顾促成骨和抗感染复合功能的钛合金表面改性方法具有重要意义。目的:研究铜、锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金的理化性质,评估其促成骨和抗菌方面的潜能。方法:采用球磨、造粒方法制备含有氧化铜、氧化锶及硅酸钙的复合粉末,采用大气等离子喷涂技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层,对复合涂层进行表征。将钛合金浸提液、硅酸钙涂层改性钛合金浸提液、铜掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金浸提液、铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金浸提液分别与MC3T3-E1细胞共培养,检测材料的生物安全性与促成骨性能。将金黄色葡萄球菌(或大肠埃希菌)分别与钛合金、硅酸钙涂层改性钛合金、铜掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金、铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金共培养,扫描电镜、平板计数法检测材料的体外抗菌性能。结果与结论:(1)扫描电子显微镜下可见铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层粗糙表面存在大量的纳米结构,该复合涂层成功喷涂在钛合金表面,在体外可缓释Sr^(2+)和Cu^(2+),并且Sr^(2+)的释放浓度大于Cu^(2+);(2)CCK-8和细胞活死染色结果显示,铜掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金具有一定的细胞毒性,硅酸钙涂层与铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金具有良好的生物相容性;碱性磷酸酶与茜素红染色结果显示,相较于钛合金、硅酸钙涂层改性钛合金,铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金表现出更优的促成骨性能;(3)扫描电镜观察、细菌涂布和细菌计数法结果表明,相较于钛合金、硅酸钙涂层改性钛合金,铜掺杂硅酸钙复合涂层与铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛合金能有效抑制金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的生长,表现出抗菌潜能;(4)结果表明,铜锶二元掺杂硅酸钙复合涂层改性钛片具备良好的生物相容性、促成骨性能与抗菌性能。

冷喷涂NiCoCrAlY高温合金防护涂层性能研究

在600℃、2.3 MPa压力和氦气环境下用冷喷涂技术制备了NiCoCrAlY涂层。在600℃下对涂层进行了热处理,用扫描电镜(带能谱仪)、显微硬度测试仪分析了热处理前后涂层微观形貌及显微硬度。结果表明,用冷喷涂技术可以制备出结构致密的NiCoCrAlY涂层,热处理后的涂层变得更加致密,显微硬度有了明显的提高。

轴向撞击作用下内充泡沫铝薄壁铝合金腔体最优尺厚比选择

内充泡沫铝薄壁铝合金腔体在防撞吸能领域已经具备广泛的使用价值,但在最优截面尺寸选择方面的研究与应用较少。为进一步研究铝合金内充泡沫铝腔体最优截面尺寸,通过有限元软件ABAQUS建立了常见的方形铝合金腔体在撞击作用下的有限元模型。结果表明:建立的有限元模型在模拟内充泡沫铝铝合金腔体抗撞击性能方面具有良好的拟合度,同时,针对现有市场中方形铝合金腔体多尺寸截面,提出尺厚比作为其截面选择参数,通过运用数值建模和非线性拟合工具,得出常见尺寸下组合截面吸能最大化的截面尺寸。研究得出的低、中、高3种撞击能量下的截面最优尺厚比可为结构防撞击装置的设计提供参考。

钛合金表面等离子喷涂 ZrO_2-NiCoCrAlY 梯度涂层的抗热震行为

ＺｒＯ２－ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ梯度涂层的成分沿厚度方向呈连续梯度化分布，提高了涂层与基体的粘结强度和涂层的内聚强度，其抗热震性能优于双层涂层。在较大热冲击应力作用下，梯度涂层整体自基体表面剥落而失效；在较小热冲击应力作用下，由于ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ底层与ＴＣ４合金基体发生了热相互作用，改善了涂层与基体的结合状况，梯度涂层纵向断裂并部分自基体表面剥落而失效。

NiCoCrAlYSi涂层对镍基单晶合金高温氧化特性的影响

通过对有/无NiCoCrAlYSi涂层镍基单晶合金高温氧化后的组织结构观察与分析、及等温循环氧化质量变化动力学曲线测定,研究了有/无涂层合金的高温氧化特性。结果表明:在高温氧化期间,无涂层合金表层发生明显的氧化和内氧化,在异形大颗粒内氧化物附近出现贫Al区,使区内γ′相消失;元素贫化区尺寸随时间的变化服从抛物线规律;无涂层合金经不同温度循环氧化具有不同的动力学特征,1040℃循环氧化表现的较大增减重波动幅度的原因是元素Al和Cr的交替选择性氧化;涂层合金经不同温度循环氧化后无明显失重特征,该涂层可有效改善合金的抗氧化性能。

NiCoCrAlYHf涂层与一种Ni基单晶高温合金循环氧化行为研究

在第三代Ni基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYHf(HY5)高温抗氧化涂层,采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段,对涂层表面及界面进行组织形貌观察和相结构分析,研究涂层试样的循环氧化动力学和元素互扩散行为。结果表明:采用真空电弧镀(AIP)方法制备的HY5涂层,提高了单晶高温合金的循环抗氧化能力;在1100℃大气环境中扩散600h后,涂覆HY5涂层的单晶高温合金基体中形成了互扩散区IDZ,互扩散主要由Cr,Ni元素从基体向高温抗氧化涂层的外扩散以及Al元素从高温抗氧化涂层向基体的内扩散构成;在涂层下方60μm左右有拓扑密堆相TCP析出,并形成二次反应区SRZ。