CO_(2)激光参数对去除碳纤维复合材料表面涂层的调控规律研究

激光除漆是近年来飞速发展的新型“绿色”除漆技术。针对目前化学处理、人工打磨等方式去除碳纤维增强复合材料(CFRP)表面涂层效率低以及对环境不友好等问题,开展CO_(2)激光去除CFRP表面涂层的调控规律和去除机理研究。重点研究了扫描次数、光斑重叠率、扫描速度和激光功率等参数对厚度约为100μm的涂层去除影响规律,并获得较为优化处理参数。结果表明,当光斑重叠率为95.75%、扫描速度为170 mm/s、激光功率为44 W时,扫描处理一次就可以有效地去除CFRP表面涂层,且对CFRP表层纤维的损伤程度最小。结果为深入研究去除CFRP表面不同厚度和种类的涂层提供参考。

Y_(2)O_(3)含量对大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构和力学性能的影响

目的探究掺杂不同质量分数Y_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构及其力学性能的影响。方法采用大气等离子喷涂制备Al_(2)O_(3)涂层,以及Y_(2)O_(3)质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层。利用SEM、EDS对粉末以及不同涂层的形貌、组织结构、元素分布进行分析。使用XRD表征粉末和涂层的物相。使用显微硬度仪、纳米压痕测试仪和电子万能试验机对涂层的显微硬度、弹性模量以及断裂韧性等力学性能进行测试分析。结果Al_(2)O_(3)喷涂粉末的物相由α-Al_(2)O_(3)组成,而喷涂得到的Al_(2)O_(3)涂层则由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)组成。加入Y_(2)O_(3)后,对复合涂层中γ-Al_(2)O_(3)的生成有一定的抑制作用。随着喷涂粉末中Y_(2)O_(3)含量的增多,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层表面未充分熔融的颗粒逐渐增加,复合涂层的孔隙率也越来越大,掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的孔隙率最低,涂层最致密。Al_(2)O_(3)涂层具有最高的显微硬度值(1209HV0.3)和弹性模量(227 GPa)。随着Y_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的显微硬度与弹性模量逐渐降低。Al_(2)O_(3)-10%Y_(2)O_(3)复合涂层的弹性恢复率高达48.3%,并且其断裂韧性及抗塑性变形的能力也最好。结论掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层具有最致密的微观组织结构,其综合力学性能最好。

SLM铝合金表面喷射电沉积Ni-MoS_(2)自润滑复合涂层

采用喷射电沉积在SLM铝合金表面制备Ni-MoS_(2)自润滑复合涂层。用摩擦磨损试验机评价镀液中MoS_(2)浓度对Ni-MoS_(2)自润滑复合涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明:共沉积MoS_(2)微粒能有效降低Ni-MoS_(2)自润滑复合涂层的摩擦系数和磨损率。与纯Ni涂层相比,Ni-MoS_(2)自润滑复合涂层与316L钢球对磨的摩擦系数和磨损率显著降低,摩擦系数从0.51降至0.12,磨损率从0.41 mg/m降至0.11 mg/m,为SLM铝合金表面改善摩擦学性能提供了参考。

超高速激光熔覆FeAl-TiB_(2)复合涂层的摩擦磨损性能研究

为了提高FeAl基复合涂层在高温(600℃)下的摩擦磨损性能,以Fe粉末、Al粉末和TiB_(2)粉末为原始粉末,采用超高速激光熔覆工艺在32Cr3Mo1V钢表面原位制备了不同TiB_(2)质量分数的FeAl-TiB_(2)复合涂层。研究了复合涂层的相组成、组织和磨损机理。结果表明:原位合成的复合涂层与基体之间形成了良好的冶金结合,随着TiB_(2)质量分数的增加涂层表面更加致密,重熔的TiB_(2)以网格状的形式分布在复合涂层表面。TiB_(2)增强相能够承受摩擦过程中的压应力与剪切力,有效提升了复合涂层的耐磨性能。当TiB_(2)质量分数为10%时复合涂层的摩擦系数和磨损率最低,耐磨性能最佳。随着TiB_(2)质量分数的上升,磨损方式已由塑性变形逐步向磨粒磨损转变,同时伴随着氧化磨损。

超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层微观结构及耐磨损性能

目的研究不同石墨含量对超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。方法利用扫描电子显微镜、能量色谱仪、维氏硬度计、激光共聚焦扫描显微系统、X射线衍射仪、摩擦磨损测试对复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能及磨损机制进行分析。结果随着原始粉末中镀铜石墨质量占比的增加,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的沉积效率逐渐降低。基于Al_(2)O_(3)颗粒的原位喷丸效应及激光辐照的加热软化效应,复合涂层具有致密的微观组织,且复合涂层与基体界面结合良好。单一添加Al_(2)O_(3)颗粒可以将Cu涂层的硬度从108.19HV0.2提高至121.82HV0.2。随着石墨含量的增大,涂层的显微硬度逐渐降低,镀铜石墨在原始粉末中的质量分数从5%增至15%,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的硬度从116.09HV0.2降至94.17HV0.2。添加石墨能够在复合涂层表面形成固体润滑层,降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能。CuAlGr10复合涂层具有最优的耐磨损性能,磨损率为0.7×10^(−4)mm^(3)/(N·m)。此外,由于激光辐照促进了复合涂层内部颗粒间的界面结合,均匀分散在石墨润滑相中的Al_(2)O_(3)颗粒作为负载支撑和耐磨相,可进一步降低复合涂层的磨损率。结论Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层优异的耐磨性能是润滑相石墨颗粒和硬质增强相Al_(2)O_(3)颗粒共同作用的结果,石墨的添加能够降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能,但过量的石墨颗粒会对涂层产生割裂作用,导致增强相Al_(2)O_(3)颗粒脱离涂层,从而加剧涂层的磨损。

镁合金基体超音速等离子喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层组织与耐腐蚀性能研究

镁合金的耐腐蚀性能差,在工程应用中往往因腐蚀而发生失效,通过表面工程技术对镁合金进行表面改性或防护,是工程应用中采用的重要手段。本工作采用超音速等离子喷涂(Supersonic plasma spray,SPS)工艺在AZ61镁合金表面制备Al-Al_(2)O_(3)复合涂层,其中Al_(2)O_(3)的质量分数分别为30%、50%和70%(下文简称AA30、AA50、AA70)。研究了Al_(2)O_(3)含量对Al-Al_(2)O_(3)复合涂层微观组织、孔隙率、电化学性能以及盐雾耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层的表面呈现熔滴铺展堆叠形成的浪花状形貌,粉末熔化充分,涂层内部结合紧密,各涂层均由Al、α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)三种物相组成。AA70涂层的孔隙率较AA30和AA50明显升高,达到了6.71%;电化学极化试验研究表明,各涂层比AZ61镁合金基体表现出更高的电极电位和较低的自腐蚀电流密度,AZ61镁合金基体自腐蚀电流密度为5.144 mA·m^(-2),而AA30、AA50和AA70的自腐蚀电流密度分别为2.950 mA·m^(-2)、3.084 mA·m^(-2)和2.496 mA·m^(-2),三种涂层相比母材AZ61表现出较低的电化学腐蚀速率。电化学阻抗测试结果表明,三种涂层的R ct达到了AZ61镁合金基体的两倍左右,显示出较低的阳极溶解活性。在盐雾试验中,AZ61镁合金基体产生大量的腐蚀产物和龟裂纹;涂层AA30和AA50由于腐蚀产物的积累产生了大量裂纹,在涂层与基体的界面处发生了电偶腐蚀,最终随着基体表面的腐蚀,涂层产生了剥落;涂层AA70腐蚀程度最小,表现出最佳的抗腐蚀性能。

等离子喷涂Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层微观组织及抗热冲击性能研究

为了探究Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层高温性能,利用等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了4种不同混合比例的Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层(8YSZ含量分别为50%,30%,20%,0%)。通过热场发射扫描电镜对涂层的形貌进行SEM表征并对涂层的截面元素分布进行EDS线扫,采用X射线衍射仪分析复合涂层的物相组成,利用表面轮廓仪测量了复合涂层的表面粗糙度,使用全自动显微维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测量,采用划痕仪对涂层的抗划伤性能进行对比,利用Gleeble-3800热物理实验模拟机对涂层的抗热冲击性能进行测试,并对热冲击之后的截面形貌进行观察分析。结果表明,当Cr_(2)O_(3)与8YSZ比例为7∶3时,由于8YSZ对垂直裂纹的偏转作用以及涂层内部存在的孔隙和裂纹对热应力的释放作用,该样本涂层具有较好的抗热冲击性能。

激光熔覆Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层在不同温度及载荷下的摩擦学性能

为了提高304不锈钢的耐磨减摩性能,采用激光熔覆技术在其表面制备了Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的微观结构进行表征,并分析了304不锈钢基体与Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层在等温摩擦实验(25和600℃)中不同载荷(2、5和8 N)下的摩擦学性能和磨损机理。结果表明:Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层主要由γ-Co固溶体,硬质相Fe_(2)C、Cr_(7)C_(3)和TiC及润滑相Ti_(3)SiC_(2)组成。Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的平均显微硬度为358.61 HV0.5,约是304不锈钢基体(239.32 HV0.5)的1.5倍。在等温摩擦实验中,Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的磨损率均随着载荷的增加而减少,而摩擦系数在室温下随载荷的增加先增大后减小,在高温(600℃)下随载荷的增加而减小。在不同温度及载荷下,Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的磨损机理略有不同。

SiC_(f)/SiC复合材料表面Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层1350℃抗热冲击和抗热冲刷性能研究

为了研究Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层在1350℃条件下的抗热冲击和抗热冲刷性能,首先在SiC_(f)/SiC复合材料上采用真空等离子喷涂技术制备了Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层,并采用金相、物相、SEM、EDS、燃气热冲击设备和燃气热冲刷设备对试样进行了结构及性能表征。结果表明:涂层与SiC_(f)/SiC复合材料的结合强度为25.01 MPa。经过1350℃燃气热冲击1000次,1350℃、550 m/s燃气热冲刷1 h后,Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层的表面物相均主要为Yb_(2)Si_(2)O_(7)、Yb_(2)SiO_(5)、Yb_(2)O_(3)和SiO_(2),抗热冲击和抗热冲刷2项性能测试结果均达设计要求。涂层结合强度很高,复合材料、Si层和Yb_(2)Si_(2)O_(7)层耐高温且热匹配性能较好,且面层的抗燃气腐蚀能力很强,是涂层热冲击、热冲刷性能良好的主要原因。燃气热冲刷的燃气燃烧时间比燃气热冲击的总时间短,且热冲刷为恒温连续冲刷,无冷热的剧烈交替变化,故燃气冲刷后涂层边缘处靠近工装装卡的地方未见明显开裂,且连续冲刷后的黑色烧蚀区域较燃气热冲击的面积小。

改性纳米SiO_(2)-苯丙乳液混凝土复合防护涂层的制备及性能研究

采用硅烷偶联剂KH560对纳米SiO_(2)进行接枝改性,通过傅里叶红外变换光谱、热重分析及微观形貌分析等方法研究了KH560对纳米SiO_(2)改性机理的影响,探究了改性SiO_(2)-苯丙乳液复合涂层中掺入一定质量分数的改性纳米SiO_(2)对混凝土抗硫酸盐溶液冻融性能的影响,并分析了改性纳米SiO_(2)对苯丙乳液涂层的增强机理。结果表明:采用KH560改性后,纳米SiO_(2)颗粒的团聚状态得到了显著改善,热稳定性提高;当改性纳米SiO_(2)的质量分数为4%时,C4复合涂层对混凝土的防护作用最好,此时混凝土抗硫酸盐溶液冻融等级由F100~F150提升到F300以上;300次硫酸盐溶液冻融循环后,混凝土的质量损失率仅为0.35%,相对动弹性模量为96.2%,此时混凝土内部结构并未发生明显破坏。

C/C复合材料SiC-TaSi_2/MoSi_2抗氧化复合涂层研究

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC-TaSi_2/MoSi_2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,研究了包埋粉料中Ta,Mo含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,Ta,Mo摩尔比为1:1时所制备的复合涂层具有相对较大的厚度和较为致密的结构,氧化过程中在该涂层表面形成致密和稳定的玻璃态SiO_2保护膜.在1500℃氧化326h和经过23次1500℃至室温间的急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为0.97%,表明该涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能.

碳/碳复合材料MoSi_2/SiC涂层在动态氧化环境下的性能研究

为了考察MoSi2/SiC防氧化涂层体系在动态氧化环境下的防护能力,对碳/碳复合材料MoSi2/SiC涂层试样在1100～1500℃下进行了高温燃气高质流冲刷环境下的氧化试验。结果表明,在1100～1500℃的燃气动态环境下,具有稳定的氧化失重速率,氧化失重曲线近似呈直线关系,氧化失重和氧化失重速率均随着氧化温度的升高而降低,表现出该涂层抗高质流冲刷和氧化的能力随温度的升高而提高,在该温度区间内,随着温度的升高,具有更优异的抗氧化和抗高质流冲刷的能力。

C/C复合材料MoSi_2-Mo_5Si_3/SiC涂层的制备及组织结构

采用化学气相反应法和料浆刷涂反应法,在C/C复合材料表面制备了MoSi_2-Mo_5Si_3/SiC复合涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,对涂层的形成、组织结构进行了研究,并初步考察了涂层的高温抗氧化性能.结果表明:制备的复合涂层厚度为400μm左右,主要由β-SiC、MoSi_2及少量的Mo_5Si_3组成.1350℃等温氧化10h后,复合涂层试样的氧化失重率只有1.21%,明显低于C/C复合材料SiC单涂层试样,其高温抗氧化性能得到明显的提高.因此,与C/C复合材料SiC单涂层相比,经封填改性制得的复合涂层结构更致密,具有良好的高温抗氧化性能.

火焰喷涂尼龙/纳米TiO_2复合涂层性能的研究

为了探讨纳米TiO2对火焰喷涂尼龙1010涂层力学及抗老化性能的影响,利用电子拉力机对火焰喷涂尼龙1010/纳米TiO2复合涂层的力学性能及耐老化性能进行了测试。结果表明,当复合涂层配比为m(PA1010)m(n TiO2)=100.00.5时,复合涂层综合性能较佳,涂层自拉伸强度为43.10MPa,涂层与基体结合强度为40.23MPa;涂层经240h紫外线老化后,强度保持率分别为97.0%和87.2%。纳米TiO2能够显著提高涂层力学性能和抗老化性能。

等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2纳米复合涂层的制备、结构及摩擦学性能

采用喷雾干燥法对溶胶-凝胶法合成的系列A l2O3/TiO2纳米复合粉体进行造粒,使用等离子喷涂技术制备系列A l2O3/TiO2纳米复合涂层.对涂层结构和形貌分析表明所制备的A l2O3/TiO2纳米复合涂层形成了具有熔融区和半熔融区的双区形态的纳米复合结构.使用UMT-2MT试验机研究了复合涂层的摩擦磨损性能,结果表明复合涂层的磨损率随TiO2含量的增加表现出先降低而后增大的趋势,TiO2质量百分数为10%的纳米复合涂层的磨损率最低;而涂层的摩擦系数随TiO2含量的增加变化不大.复合涂层的磨损机制为裂纹扩展导致的磨损剥落.

C/C复合材料防氧化涂层SiC/SiC-MoSi_2的制备与抗氧化性能

采用包埋法和涂刷法在C/C复合材料表面依次制备了SiC内涂层和SiC-MoSi_2外涂层,借助XRD与SEM对涂层的微观结构句进行了分析,研究了涂覆后的C/C复合材料在高温静态空气中的防氧化性能.结果表明:SiC/SiC-MoSi_2复合涂层有效缓解了MoSi_2与C/C热膨张不匹配问题,涂层无裂纹;复合涂层在900和1500℃静态空气环境下均可对C/C复合材料有效保护100 h以上;涂层的多层、多相结构以及在高温氧化后表面生成的SiO_2薄膜是其具有优异防氧化性能的原因.

碳纤维表面SiO_2涂层的制备及其在镁基复合材料中的应用

利用Sol-Gel方法,通过优化溶胶的配置、纤维提拉过程和干燥烧结等工艺过程,在碳纤维表面制备出均匀的、无裂纹的SiO_2涂层.采用SEM、XPS和TEM表征了碳纤维表面SiO_2涂层的结构、形貌、元素分布以及涂层碳纤维/镁基体的界面结构.结果表明,涂覆SiO_2的碳纤维,抗氧化能力提高,拉伸性能略有降低,但与镁基体复合后其拉伸强度降低了20%.SiO_2涂层改善了Mg对碳纤维的润湿能力,有效地促进了熔融Mg液对碳纤维的浸渗.

高速电弧喷涂Fe-TiB_2/Al_2O_3复合涂层的组织及性能

采用低碳钢包覆0～70%TiB2/Al2O3硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂(HVAS)原位合成MMC涂层,分析和测试了涂层的组织、相组成及耐磨粒磨损性能.结果表明:涂层的性能由其组织和相组成决定,HVAS的非平衡制造过程在涂层中形成多种相:在Fe基固溶体上存在TiB2、Al2O3、FexB及少量的金属间化合物AlFe3和NiAl;随着TiB2及Al2O3在涂层中体积分数的增加,涂层的耐磨粒磨损性能明显提高,磨损质量损失随陶瓷相体积分数的增加呈线性减少;添加合金元素Ni和Al可降低孔隙率,增加涂层耐磨性.使用HVAS方法制备了含TiB2的高性能耐磨复合陶瓷涂层.

炭/炭复合材料高温抗氧化MoSi_2/SiC复合涂层及其抗氧化特性

采用两段式包埋法和封闭处理的复合新工艺制得抗氧化性优良的MoSi2/SiC复合梯度C/C复合材料高温抗氧化涂层。涂层由内至外结构为:SiC过渡层→SiC致密层→MoSi2/SiC双相层→以MoSi2为主的外层。对未封闭处理的涂层,制备过程中高温保温时间长的氧化失重少,1200℃、1300℃空气中氧化失重比1400℃、1500℃氧化失重大。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的SiO2可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃空气中氧化一定时间后,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重;封闭处理后的试样为氧化增重,氧化52 h仍然只有1.28%的增重,封闭处理使涂层的抗氧化性能明显改善。

TA2合金激光熔覆自润滑复合涂层组织与摩擦学性能

以三种不同质量分数配比为40%Ti–19.5%Ti C–40.5%WS_2、40%Ti–25.2%Ti C–34.8%WS_2、40%Ti–29.4%Ti C–30.6%WS_2的复合粉末为预置原料,采用激光熔覆技术在钛合金TA2表面原位合成自润滑耐磨复合涂层.系统地分析了涂层的物相、组织、显微硬度及其摩擦学性能与机理.结果表明:三种涂层的显微硬度分别为HV_(0.5)927.1、HV_(0.5)1007.5和HV_(0.5)1052.3,相对于基体(HV_(0.5)180)有极大的提高;三种涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.41和30.98×10^(–5) mm^3/(N·m);0.30和18.92×10^(–5) mm^3/(N·m)以及0.34和15.98×10^(–5) mm^3/(N·m).WS_2质量分数为34.8%和30.6%的预置粉末制备的涂层表现出较好的耐磨减摩性能,其磨损机理为轻微的塑性变形和黏着磨损.