TLM钛合金表层TiN/Sn复合涂层的制备及磨损行为研究

为了提高Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo(TLM)钛合金的耐磨性能,采用表面机械复合强化(SMCS)工艺在合金表层制备了复合涂层并研究了复合涂层的显微组织、微观力学性能和摩擦学性能。结果表明:采用表面机械复合强化技术可在合金表层成功制备TiN/Sn复合涂层,随着Sn含量的增加,复合涂层的厚度和粗糙度不断增大,10%、20%、30%、40%Sn涂层的厚度分别为9.08、14.05、18.33、23.55μm;10%、20%、30%、40%Sn涂层的表面硬度分别为590、529、465、400 HV,相比基体硬度(~230 HV)有所提高。复合涂层的磨损量随Sn含量的增加先减小后增大,20%Sn样品具有最低的磨损量;在干磨损试验中,原样的磨损机制以黏着磨损为主,同时伴随磨粒磨损,复合强化样的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损,同时伴随氧化磨损。

空间燃料电池金属钛表面复合涂层制备与性能研究

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层构成的Ti/TiN复合涂层,研究制备工艺参数对Ti/TiN复合涂层微观结构及力学、电化学性能的影响规律。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪分析涂层的相组成,利用纳米压痕仪评价涂层的力学性能,利用电化学工作站评价涂层在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极工作环境下的耐蚀性。结果表明:制备工艺参数优化后的Ti/TiN复合涂层具有优异的表面质量和良好的耐蚀性,腐蚀电流密度为6.383μA/cm^(2),是金属Ti腐蚀电流密度的0.6倍,Ti/TiN复合涂层显著提高了金属Ti的耐蚀性,可为空间燃料电池金属双极板表面改性提供技术支持。

钛合金表面百微米级Ti/TiN多层复合涂层性能研究

目的提高TiN硬质涂层的厚度及各项力学性能。方法采用等离子增强PVD技术在钛合金(TC4)基体表面制备多层复合Ti/TiN涂层,对涂层进行扫描电镜(SEM)分析,采用划痕法表征涂层的结合强度,用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果制备的多层复合Ti/TiN涂层厚度最高可达100μm,且未发生剥落等失效,结合强度相对于单层TiN提高了近3倍。由于Ti、TiN的多层复合调制作用,制备的Ti/TiN显微硬度测试表明复合涂层的显微硬度高达2700 HV0.025,同时,涂层在原有耐磨性能优良的基础上具备自润滑减摩作用,经过近20 000 m的磨损测试,复合涂层的摩擦系数低至0.25左右,且未完全失效。结论多层复合结构能够有效提高TiN硬质涂层的厚度,制备的Ti/TiN多层复合涂层的各项力学性能显著提高。

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能。结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm。经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541μm。涂层表面Ti/Al原子比约为0.9。涂层表面显微硬度HV0.025为23.5GPa。由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样。

TiN/Ni-W复合涂层的滑动磨损特性

研究了 3Cr2 W8V基体上电刷镀 Ni- W中间层和离子镀 Ti N复合涂层的滑动磨损特性 ,并分析了涂层的磨损机理 .结果表明 :由于 Ti N沉积过程中的温度效应 ,混合晶态的电刷镀 Ni- W层发生晶化和析出强化 ,并形成界面扩散层 ,从而使 Ti N复合涂层的结合力和硬度明显提高 ;Ni- W中间层对 Ti N涂层起到有力的支撑作用 ,Ti N/ Ni- W复合涂层的耐磨性优于 Ti N单层 ,且明显优于 3Cr2 W8V基体和 Ni- W涂层 ;涂层的主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳剥落 ;当试验载荷从 490 N到 980 N时 ,涂层的磨损率上升 ,而当载荷从 980 N上升到 1470 N时 ,涂层的磨损率下降 .这是由于磨损机制发生变化所致 ,前者以磨粒磨损为主 。

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。

电弧离子镀TiN／TiAlN复合涂层摩擦磨损性能研究

利用阴极电弧离子镀技术,在硬质合金基体上制得5层和20层TiN/TiAlN复合涂层.研究表明,这两种涂层均为典型的B1-NaCl面心立方结构,且均呈(200)择优取向.两种涂层表面光滑平整,粗糙度分别为0.32和0.11,硬度为1 470HV和2 000HV.20层复合涂层的摩擦系数和比磨损率低于5层,表明增加复合层数有利于提高涂层的耐磨损性能,涂层的磨损机理为磨粒磨损.

脉冲偏压对(Ti，Al)N／TiN／(Ti，Al)N多层复合涂层成分和硬度的影响

采用脉冲偏压多弧离子镀技术在Hss-Al高速钢上涂镀(Ti,Al)N/TiN(/Ti,Al)N多层复合涂层。所用设备为复合八阵弧离子镀膜生长系统。简要介绍了多层复合膜的镀层工艺过程。鉴于复合涂层中的Al含量对涂层的性能特别是抗磨损性能有极重要的影响,实验中重点考察了脉冲偏压幅对Al含量的影响。同时测试了复合涂层的Vickers硬度与偏压幅值的关系。研究结果得出,随着脉冲偏压幅值的增加,涂层中Al含量先增加,然后减少,偏压幅值为-150V时,Al含量高达36.41at%;偏压幅与涂层显微硬度的关系有相似的规律,在偏压幅值为-150V时,7层复合膜的Vickers硬度达2750MPa左右,10层复合膜的硬度约2880MPa。

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能。结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm。经镀膜,试样表面粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541μm。涂层表面以TiAlN+TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构。复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品。氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h。

TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层在滑移区的高温微动磨损特性

采用化学气相沉积(CVD)技术,在1Cr13不锈钢基体上制备TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层。研究了该涂层从室温(25℃)到400℃的微动磨损特性,并与无涂层的1Cr13不锈钢基材比较。结果表明:在滑移区,温度对1Cr13不锈钢微动磨损影响较显著;随着温度上升1Cr13不锈钢摩擦系数减少,磨损体积下降;而温度对TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层磨损体积影响不大,且磨损量均很小。TiC/Ti(C,N)/TiN涂层表现出比1Cr13不锈钢优异的抗微动磨损性能。但当该涂层被磨去后,产生的硬质磨屑形成磨粒磨损,反而对基体造成更大的损伤。

钛合金表面MoS_2/TiN复合涂层的摩擦性能研究

采用复合处理的工艺方法,在Ti-6Al-4V合金表面制备复合涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能谱仪分析复合涂层表面相结构、表面及截面微观形貌和沿截面各元素分布状态。对不同处理后的截面硬度梯度进行了分析比较,在MM-200磨损实验机上测定了复合涂层的摩擦性能。结果显示,复合涂层是由单质的Ti,Mo和MoS2,TiN以及过渡层组成,在干摩擦、纯滑动的条件下摩擦性能优良。

多弧离子镀制备TiN/TiBN纳米复合涂层的结构和性能

为了满足复合材料高速切削加工的需要,用金属Ti靶和纯TiB2靶作为靶材料,在N2气氛下用多弧离子镀方法制备了TiN/TiBN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析涂层的组织结构、成分和表面形貌;利用显微硬度计、划痕仪和球盘摩擦仪分析调制周期对涂层力学性能的影响。结果表明：TiN/TiBN纳米复合涂层的调制周期范围为5.5-21nm,主要成分为晶相TiN、非晶BN和TiB2;调制周期对涂层的力学性能有较大的影响,随着调制周期的减小,硬度增加,调制周期最小时最大硬度达到29GPa;最大膜基结合力为88N,且所有样品均表现出较高的膜基结合力。随着转速的增大,摩擦因数与表面粗糙度两者表现出相同的变化趋势,摩擦因数最大值为0.31,其低摩擦因数与自润滑的BN相的存在有关。调制周期减少,界面积增加,TiN/TiBN纳米复合涂层的力学性能增强。

离子氮化与离子镀TiN复合涂层的结合强度及强化机理

研究了３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ和Ｍ２基体进行离子氮化和离子镀ＴｉＮ复合涂层的结合强度和强化机理。利用ＸＲＤ法分析了涂层的相结构，用划痕法测定了涂层的结合力，并用ＳＥＭ观察分析了划痕形貌。结果表明，离子氮化与离子镀ＴｉＮ复合涂层的结合力和硬度均高于ＴｉＮ单层；合理的硬度梯度分布、膜基界面冶金结合、ＴｉＮ沉积过程中离子氮化ε－Ｆｅ２－３Ｎ相的含量减少、离子氮化过渡层对顶层ＴｉＮ涂层有力的支撑作用，是复合涂层强化的主要原因。

TiN/TiSiN复合涂层的耐磨性能研究

根据Archard磨损理论推导牙轮钻头滑动轴承摩擦计算公式,在CVD装置中生成滑动轴承摩擦面上的TiN/TiSiN复合涂层,并通过万能摩擦磨损试验机进行试件试验。试验结果表明,TiN/TiSiN复合涂层可以有效提高牙轮钻头滑动轴承耐磨性,延长其使用寿命。

反应电火花沉积合成TiN金属基复合涂层

利用自制的反应电火花沉积合成系统,以TA_2为电极,以工业纯氮为保护气,在45#钢基体试件表面上原位反应合成了TiN金属基陶瓷复合涂层。利用X射线仪测定了涂层的物相组成,利用显微镜观察分析了涂层断面形貌及组织,利用硬度仪测试了涂层的显微硬度,利用磨损试验机对比了涂层与淬火W18Cr4V高速钢的耐磨性能。结果表明:涂层的平均维氏硬度为13230 MPa,涂层中TiN物相的平均晶粒大小为50 nm,涂层具有较好的耐磨性。

TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

采用等离子体浸没离子注入和沉积技术(PIII&D),在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备TiN/Ti复合涂层,用X射线光电子能谱仪(XPS)、X衍射(XRD)、俄歇能谱仪(AES)、扫描电镜(SEM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)对大气氛围中在室温、200℃和400℃的微动磨损特性进行了研究,结果表明:TiN/Ti复合涂层主要有Ti、TiN和Ti2N三种物相,涂层表面层的钛元素主要是以TiN和TiO2的形式存在,涂层与基材之间有一个Ti,N,Fe,Cr元素的过渡层;在部分滑移区,温度对复合涂层的磨损影响不显著,并且涂层的摩擦因数较低,磨损量较小,表现很好的耐磨性;在滑移区,随着温度的升高,复合涂层摩擦因数和磨损体积增加;在400℃由于该涂层被磨穿,其磨损体积比基材还大,其磨损机制主要表现为剥层磨损、氧化磨损和磨粒磨损。

等离子体浸没离子注入与沉积TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

采用等离子体浸没离子注入与沉积技术(PIII&D),在T225NG钛合金基材上制备了TiN/Ti复合涂层。对沉积涂层的组织和化学成分作了XPS和AES分析,用扫描电镜SEM、能谱仪EDS和激光共焦扫描显微镜(LCSM)对该涂层大气氛围中室温(25℃),200℃和400℃的微动磨损特性与基材进行了对比研究。结果表明:复合涂层中的组织为TiN和TiO2;在部分滑移区和混合区,PIII&D TiN/Ti复合涂层摩擦因数随温度升高而降低,在滑移区,涂层摩擦因数波动较大,温度对基材摩擦因数影响不明显。在部分滑移区磨损轻微,在混合区和滑移区,涂层磨损机制以剥层和氧化磨损为主,局部存在磨粒磨损。

TiN/TiSiN复合涂层显微结构与力学性能研究

采用工业用直流脉冲等离子体增强化学气相沉积(PCVD)法在硬质合金刀具基体上制备了TiN和TiN/TiSiN复合涂层。对TiN涂层和不同沉积温度下制备的三种TiN/TiSiN复合涂层的微观结构和力学性能进行了对比研究。结果表明:随着沉积温度的升高,TiN/TiSiN复合涂层的结合力增大;沉积温度为550℃时,TiN/TiSiN复合涂层的硬度和耐磨性能优于其他两种TiN/TiSiN复合涂层;复合涂层的显微硬度和耐磨性能均高于单一TiN涂层。

激光快速制备TiN/Al复合涂层及性能研究

钛合金的高比强度和优异的耐腐蚀性能使它成为制造汽轮机低压末级叶片的理想材料。水蚀是造成汽轮机叶片失效的主要原因之一。

激光原位制备TiN-VC/Co基复合涂层中TiN和VC强化相的形成机制

利用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了TiN-VC/Co基复合涂层.利用X线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜技术系统观察、分析了原位制备TiN-VC/Co基复合涂层中TiN和VC强化相的生长形态及形成机制.结果表明:TiN晶核以溶解-析出机制形核;VC晶核以属于溶解-析出机制和扩散机制共同作用形核.强化相TiN和VC均具有光滑小平面相生长特征,并均以二维形核和借助螺旋位错的台阶方式生长.TiN以六面体形状弥散分布于灰色γ-Co基体中,并存在角连接、棱边连接和面连接的聚集现象;VC依附于包晶转变形成的TiN形核长大生长成多面体VC-TiN壳核块状结构,弥散分布于灰色γ-Co基体中.