多道搭接激光熔覆NiCrBSi合金层组织及性能

为了改善40Cr钢的表面状态,拓展其应用范围,采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床在40Cr钢表面多道搭接激光熔覆了N iCrBSi合金粉末,利用扫描电镜、金相显微镜、磨损试验机、盐雾试验机等对熔覆层的组织及性能进行了研究。结果表明:激光熔覆层由熔覆区、结合区和热影响区3部分组成。多道搭接激光熔覆层易产生裂纹,裂纹呈主裂纹带有少量分枝状,且几乎穿透整个熔覆层。激光熔覆层的耐磨性和耐蚀性随扫描速度的增加均呈现先升高后降低的趋势。搭接处的相对耐磨性、耐蚀性均不及非搭接处,这与搭接过程的重复扫描有关。

膜层厚度对6061铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层结构与性能的影响

为了明确膜层厚度对铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层的黑度、耐蚀性和硬度的影响规律,促进其实际应用,在硅酸盐-钒酸盐复合溶液体系中对6061铝合金进行微弧氧化处理,通过控制微弧氧化时间获得具有不同膜层厚度的铝合金黑色陶瓷膜层。利用测厚仪、粗糙度测量仪、SEM和EDS对黑色陶瓷膜层的表面结构、膜层成分和粗糙度等进行表征,并借助色差仪、维氏硬度计和电化学工作站等研究了膜层厚度对陶瓷膜层的黑度、显微硬度和耐蚀性的影响。结果表明:膜层厚度对黑色陶瓷膜层的表面形貌、粗糙度、显色特性、硬度和耐蚀性有较大影响。随着微弧氧化时间延长,膜层厚度增加,膜层表面更为粗糙,表层放电微孔数量减少,放电微孔孔径增大;当膜厚达到30.786μm时,陶瓷膜层的放电微孔显著增大,孔径达到10μm。随着膜层厚度增加,陶瓷膜层的黑度增加,显微硬度提高,但耐蚀性先增强后降低。当膜层厚度为20.781μm时,陶瓷膜层的黑度和硬度较高,耐蚀性最好,其在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为1.093×10^(-6) A/cm^(2)。

TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层刀具干切削TC4钛合金切削性能

钛合金因其化学活性和切削高温引起刀具磨损严重。刀具表面施加涂层是有效地延长刀具服役时间的方法。借助PVD阴极电弧蒸发技术,使用TiAlSi靶和CrAlSi靶交替叠加制成TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层刀具,并使用这种刀具分别切削常规钛合金和3D打印钛合金。所制成的TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层表现了较高的硬度;切削钛合金时,刀具的磨损形式表现为涂层剥离,前刀面月牙洼,后刀面均匀磨损和刀尖崩刃。引起刀具磨损的主因是粘结,其次是高温氧化。三个切削用量中,切削速度对切削力和切削温度的影响要远大于切削深度和进给量对二者的影响。与常规TC4相比,3D打印TC4因伸长率和硬度下降,弹性模量提高促使切削温度和切削力均低于常规TC4,刀具寿命相应的延长。

两种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究

选取亚稳态β型TB17和高损伤容限α+β型TC4-DT两种高韧钛合金材料,对2种钛合金材料在高应变率条件下动态力学响应特性进行测试分析,并应用125 mm火炮发射装置开展2种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究。结果表明,作为半穿甲战斗部的壳体材料,应选择屈服强度与冲击韧性匹配性好的钛合金,其中更应关注钛合金材料的塑性变形能力和抗冲击韧性;随着侵彻着角的增加,侵彻单层钢靶过程弹体头部侵蚀量及径向墩粗程度更严重,不利于弹体保持侵彻强度及装药安定性。

铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为

为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应变率下的层裂特性,并基于层裂实验自由面速度历史曲线标定得到了铸态TiZrNbV高熵合金的GTN‑JC本构模型参数。结果表明,TiZrNbV难熔高熵合金的层裂强度随着加载应变率和平台应力的增加而增加,其值为0.93~2.23 GPa;回收试样的几何必要位错密度随着加载速度的提高显著增加。所得参数在模拟铸态TiZrNbV高熵合金层裂行为方面表现良好,模拟结果中自由面速度曲线在第一次拉伸阶段前均较为吻合,可以满足对试样层裂破坏的动态分析,能为铸态TiZrNbV高熵合金的工程应用提供参考。

添加中间层的TC2钛合金/321不锈钢真空扩散焊研究

目的以Cu箔、Ni箔为中间层,使用真空扩散焊工艺实现TC2钛合金与321不锈钢的焊接。方法采用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、X射线衍射仪、冲击韧性实验机、显微硬度计等仪器研究了焊接温度、典型中间层材料等工艺参数对TC2钛合金/321不锈钢焊接界面微观结构、界面元素扩散、接头力学性能的影响规律。结果在添加中间层的扩散焊接头中,是否会形成界面区和扩散区以及界面区和扩散区的宽度,受焊接温度的影响,也受中间层和母材成分及性能的影响。在以Ni为中间层的TC2钛合金与321不锈钢真空扩散焊接头中,扩散区会产生AlNi_(3)、NiTi等新物相,当以Cu为中间层时,扩散区中会产生Cu_(0.81)Ni_(0.19)等新物相。在实验条件下,使用铜箔作为中间层的TC2钛合金与321不锈钢真空扩散焊接头的力学性能优于使用镍箔作为中间层的真空扩散焊接头的力学性能。结论在实验条件下,添加中间层的TC2钛合金/321不锈钢真空扩散焊的最佳工艺参数如下:真空度为10^(-4)Pa,焊接温度为820℃,焊接压力为15MPa,焊接时间(即保温时间)为90min,保压时间为240min,以Cu作为中间层。

电流模式对Mg-Zn-Ca镁合金微弧氧化涂层孔隙及耐腐蚀性的影响

分别采用单极、双极和混合电流模式在Mg-Zn-Ca合金基板上制备3种微弧氧化涂层。通过扫描电镜(SEM)和三维激光扫描共聚焦显微镜测量了涂层的孔隙尺寸、表面形貌和表面粗糙度,涂层的物相结构采用X射线衍射仪进行表征,应用电化学工作站和500 h的盐雾腐蚀对3种涂层进行耐腐蚀性研究。结果表明:3种涂层均主要由MgO、Mg_(2)SiO_(4)、Mg_(2)SiO_(3)相组成,混合电流模式下得到的涂层表面光洁度更好,表面气孔尺寸达到(5.52±0.63)μm;同时较小的孔隙形成了屏障阻隔效应,使其耐蚀性高于单极和双极模式涂层的。

6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊数值模拟

为研究铝合金中厚板-节点套接头在多层多道焊后的残余应力和变形分布,本文基于ABAQUS软件建立了该接头三维有限元模型,采用双椭球热源、生死单元法以及顺序耦合法,对6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊进行数值模拟,并分析了接头的温度场,以及在夹具约束下的焊接残余应力及变形的分布情况。研究结果表明:数值模拟与实际接头的熔池形状吻合度较高;摆动焊接过程中温度曲线呈多峰结构;焊件的升温速率明显大于冷却速率,且冷却速率随时间逐渐减小;焊接残余应力主要集中在焊缝及夹具区域,且小于6061-T6铝合金在室温下的屈服强度;接头的最大横向残余应力为129.9 MPa,中厚板上的横向残余应力大于节点套上的横向残余应力;接头的最大纵向残余应力为132.9 MPa,沿焊接方向,焊缝处的纵向残余应力呈山峰状分布;该接头在Y轴方向上的变形最大,为1.494 mm,该接头的最终变形结果为上凸变形。

层状复合钛合金增材制造研究进展及发展趋势

层状复合钛合金是由不同种钛合金制成的、成分和组织性能逐层变化的先进材料,能够发挥多种钛合金的性能。层状复合金属的结构设计是保证成形性能和满足服役需求的前提。增材制造相比传统制造技术,具有设计灵活便捷、试制周期短、可成形复杂结构等优势,在层状复合钛合金研制领域应用广泛。本文介绍了层状金属直接过渡、成分过渡和阻挡层过渡结构设计方法,综述了几种增材技术研制层状复合钛合金,包括激光定向能量沉积、电弧熔丝增材制造和电子束熔丝增材制造的研究进展。围绕过渡区组织性能优化、热处理制度建立、残余应力控制和失效机制判据等方面,展望增材制造层状复合钛合金未来的发展方向。

TiFeCrCoNi高熵合金作为中间层的镁/钛电阻点焊接头的组织性能

以TiFeCoCrNi高熵合金粉末为中间层,对镁/钛异种材料进行电阻点焊,采用扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了接头的组织结构、物相和力学性能,分析了接头的界面反应扩散行为。结果表明:接头依次由镁合金母材、α-Mg+Al_(2)FeCo、FCC+η、Ti_(3)Al+FCC+η和TC4母材组成。镁合金中的Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Al_(2)FeCo,钛合金中的Ti、Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Ti_(3)Al,且两界面区均由固溶体和化合物的混合组织组成,提高了接头性能。在焊接电流为18.8~24.5 kA、焊接压力为4.06~7.83 kN、焊接时间为6~24 cycles的工艺范围内,接头强度在2.4 kN以上;在焊接压力为5.13 kN、焊接电流为21.7 kA、焊接时间为20 cycles时,接头的拉剪载荷最大,为5.368 kN。

采用Nb中间层扩散连接Zr-4合金接头界面组织与性能

为提高Zr-4合金扩散焊接头强度,降低有效连接温度,采用不同厚度的Nb中间层在760℃/30 min/7 MPa条件下扩散连接Zr-4合金,分析了Nb中间层的加入及其厚度对接头界面组织和性能的影响.结果表明,在扩散连接过程中,界面处Zr和Nb原子相互扩散形成由(Zr,Nb)固溶体构成的扩散层,且扩散层厚度随着中间层厚度的增加基本不变,靠近Nb侧的扩散层中观察到Zr(Cr,Fe)_(2)和Zr(Fe,Nb)_(2)第二相的生成.在760℃条件下,Zr-4合金直接扩散焊接头抗拉强度仅为75MPa,存在大量未连接区域,添加Nb中间层可显著提高界面结合率,接头抗拉强度达到450 MPa,接头抗拉强度和断后伸长率随着Nb中间层厚度的增加稍有下降,在添加20μm中间层时最大,分别为450 MPa和13.1%,且断裂位置由Zr-4合金基体(20μm)转变为界面扩散层(50μm和80μm).Zr-4合金扩散焊接头在经历400℃,10.3 MPa的过热蒸气腐蚀后,扩散层发生明显腐蚀现象,腐蚀深度最大达到108.39μm,接头抗拉强度和断后伸长率下降至415 MPa和5.1%,断裂位置在连接界面处,断口中发现Zr(Fe,Nb)_(2)相.

含镍铬合金丝纬编电加热层复合材料的层间剪切性能

为开发既具有电加热功能特性又满足承载结构基本力学性能要求的玻璃纤维/环氧层合复合材料,选取3种直径的镍铬合金丝,设计制备了平针、罗纹和双罗纹3种组织结构的纬编电加热织物,以镍铬合金丝纬编织物作为中间电加热层,优选热压罐复合成型工艺,制备了玻璃纤维/环氧层合复合材料。利用红外热像仪和万能试验机分别测试了复合材料的电加热性能和层间剪切性能。结果表明:在8 V直流电压下,6种复合材料均能升温到37℃以上,最高可达72℃,耗时30 s;最高平衡温度与镍铬合金丝直径成正相关,平针组织复合材料最高平衡温度最高,双罗纹组织复合材料表面温度均匀性最好;含镍铬合金丝纬编电加热层的玻璃纤维/环氧层合复合材料层间剪切强度相较于不含电加热层复合材料层间剪切强度保留率为74.1%~97.4%。初步研究工作表明,含镍铬合金丝纬编电加热层复合材料可同时实现玻璃纤维/环氧层合复合材料功能与结构的兼顾,有望满足直升机发动机进气道防/除冰系统的设计需求。

ZnO纳米颗粒掺杂对镍钛合金表面微弧氧化膜层形貌及性能的影响

针对镍钛合金在体内复杂生理环境的作用下受到腐蚀而释放大量镍离子的问题,向以NaAlO_(2)、C_(10)H_(14)N_(2)Na_(2)O_(8)、Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O为主要成分的电解液中添加ZnO纳米颗粒,通过微弧氧化技术在镍钛合金表面制备耐腐蚀陶瓷氧化膜层。采用帕累托法则和正态分布曲线分析ZnO纳米颗粒对氧化膜层孔隙率和孔隙尺寸的作用,通过SEM、EDS、电化学工作站以及水滴接触角来研究颗粒掺杂对氧化膜层微观形貌、化学组分、耐腐蚀性及润湿性能的影响。结果表明:颗粒掺杂后的氧化膜层更加平整致密,孔隙率下降65.3%,孔径平均值从0.518μm降至0.321μm;随着ZnO纳米颗粒的加入,复合膜层的O、Al、Zn含量增加,Ni含量下降,阻抗模值上升,动电位极化曲线明显地向右上方偏移,自腐蚀电位上升32.4%,而电流密度下降一个数量级。

金属/高熵合金纳米多层膜的制备、微观结构及力学性能研究进展

通过表面防护涂层技术制备综合力学性能与摩擦性能优异的涂层材料,对降低构件因碰撞摩擦磨损所引起的损伤失效问题十分重要。相较于单层膜结构防护涂层,金属纳米多层膜涂层材料由于其微观组织结构的独特性与可控性,表现出优异的服役特性,且其综合性能可通过结合新组元或界面调控得到进一步提高,因此该类材料受到了广泛关注。新颖的成分设计理念使得高熵合金具有独特的四大效应,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和性能鸡尾酒效应,进而呈现出良好的综合性能。因此,在传统的双金属纳米多层膜结构材料中引入高熵合金组元,形成金属/高熵合金纳米多层膜,有望突破传统金属纳米多层膜的性能局限,极大地提高多层膜结构材料的力学性能。从功能基元序构的视角,围绕近几年金属/高熵合金纳米多层膜的相关研究,首先介绍了其制备方法和工艺原理,针对功能基元微观结构特征,从晶粒形貌、界面结构、组元成分等方面进行了阐释,在此基础上论述了其力学行为以及相应的内在机制,并提出了调控金属/高熵合金纳米多层膜力学性能的优化策略,最后对金属/高熵合金纳米多层膜的未来研究方向和面临的挑战进行展望。

微弧氧化后Mg-8Li合金表面MgLiAlY-LDHs@GO膜层的生长及耐蚀性能

目的提高Mg-8Li合金的耐蚀性能。方法首先在Mg-8Li合金表面制备微弧氧化膜(MAO),然后使用原位水热法在微弧氧化膜表面原位生长掺杂氧化石墨烯(GO)的四元(MgLiAlY)层状双羟基金属氧化物(LDHs)智能自修复膜层。采用SEM、XRD、FT-IR、EDS、ICP等手段研究MgLiAlY-LDHs@GO膜层的形貌、结构以及成分。通过EIS、Tafel以及浸泡试验等研究膜层的耐蚀性能,分析膜层的腐蚀行为,阐释其耐蚀机理。结果GO的掺杂可以促使LDHs纳米片生长得更加致密,主体层板中具有缓蚀作用的Y3+可以提高涂层的耐蚀性,四元LDHs的生长所需要的Mg^(2+)、Li^(+)、Al^(3+)等离子来源于镁锂合金基体以及微弧氧化膜的溶解,其中Li+也可以促进LDHs纳米片生长得更为均匀细密。膜层的腐蚀电流密度为6.03×10^(–7)A/cm^(2),比MAO膜层降低了1个数量级,提高了镁锂合金的耐蚀性能。结论GO的负载使LDHs的耐蚀性能和膜层稳定性均有一定程度的提升,引入稀土元素Y会改变LDHs的骨架,造成晶格畸变,使得LDHs微观形貌呈现褶皱状,剩下部分以Y(OH)3形式存在于涂层表面,可进一步提高膜层的耐蚀性能和稳定性。

中间层对GH5188高温合金TLP扩散焊接头的影响

通过自主研发制备了三种不同W含量KCo7、KCo8、KCo9中间层,采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对中间层进行表征,并在1180℃保温60 min的条件下进行GH5188高温合金真空瞬间液相扩散焊试验验证;分别研究了中间层厚度以及不同中间层接头显微结构及力学性能的影响。结果表明:当KCo7中间层厚度为20μm时,接头存在大量未焊合缺陷,室温抗拉强度仅有568 MPa;当KCo7中间层厚度增加至40μm时,焊缝填充良好,室温抗拉强度达到941.3 MPa。此外,随着中间层中W含量由0增加至8%(质量分数)时,焊缝中心富W的M_6C析出量明显增加,室温抗拉强度先上升后下降。其中,采用厚度为40μm的KCo8中间层获得的接头具有最高的室温抗拉强度1033 MPa,且断裂发生在母材区。

TiC钢结硬质合金与堆焊过渡层的界面组织及性能研究

采用ERNiCrMo-3焊丝在TiC钢结硬质合金上堆焊过渡层,使用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、万能试验机对不同热输入下TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3熔敷金属界面的组织性能进行研究。结果表明:TiC钢结硬质合金和ERNiCrMo-3熔敷金属之间存在厚度为60~150μm的熔合区。随着焊接热输入的增加,熔合区的厚度逐渐增加;当热输入为3.5 kJ/cm时,界面处组织分布均匀,无气孔、裂纹以及晶粒异常长大现象。母材和堆焊金属之间存在元素扩散现象,二者实现了冶金结合;母材和堆焊焊缝之间存在一个硬度逐渐变化的缓冲区域;TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3堆焊金属界面剪切强度最高可达到443 MPa,满足恶劣工况下对耐磨件与基体结合性能的要求。

温度对Stellite6与Stellite21合金堆焊层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在304H不锈钢上分别堆焊Stellite6和Stellite21钴基合金,研究了在550~650℃不同温度下钴基合金堆焊层的显微组织和性能演变规律。利用光学显微镜、扫描电镜与电子探针对堆焊层组织形貌及结合处元素分布进行观察分析,采用显微硬度计与电化学工作站分别对堆焊层的显微硬度与耐腐蚀性能进行检测。结果表明:两种合金堆焊层组织由熔合区的平面晶、中部柱状晶及顶部的等轴晶组成。随着温度升高,堆焊合金枝晶间距略有增大,熔合处无明显元素扩散,具有良好的组织稳定性。焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的显微硬度分别为463、365HV0.3,受热后两种合金堆焊层硬度略有降低;焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的腐蚀电流密度分别为1.312、10.848μA/cm^(2),受热后两种合金腐蚀电流密度均略增大。总体而言,在550~650℃下两种合金均具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性能。

纯钨表面等离子Ta合金层耐腐蚀性能研究

利用双层辉光等离子表面合金化技术在纯钨表面制备Ta合金化改性层以改善材料的耐腐蚀性。研究不同温度工艺参数对Ta合金层组织结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:在不同温度工艺参数下均制备出连续致密的Ta合金化改性层,且随温度升高,合金层的厚度增加。合金层主要由纯Ta相组成。Ta合金层的自腐蚀电位高于基材的,而自腐蚀电流密度较低,即Ta合金层更难以发生电化学腐蚀反应且腐蚀速率更低。900℃合金层的耐蚀性能最佳,腐蚀速率降至8.45×10^(-3)g·m^(-2)·h^(-1),表现出优良的耐腐蚀性。

钛合金扩散连接技术及其层合结构疲劳裂纹扩展研究进展

本文主要对钛合金的扩散连接及层合结构疲劳裂纹扩展行为的研究进展进行了综述,总结了扩散连接钛合金界面的微观组织演变和疲劳裂纹扩展特性。首先概述了超塑成形/扩散连接技术的应用背景和优势,以及提高钛合金扩散连接界面质量的辅助技术(如添加中间层、热氢处理、脉冲电流加热和表面改性)。从钛合金扩散连接和钛合金与其他合金扩散连接两方面综述了界面组织和力学性能,指出组织演变严重依赖界面处合金元素种类和元素相互扩散能力。扩散连接技术可用来制备同种和异种合金的层合结构,且可灵活控制界面焊合与未焊合区域的形状与分布。最后,简述了同种或异种钛合金扩散连接层合结构可降低疲劳裂纹扩展速率,从而优化钛合金构件的疲劳损伤容限性能。