VAlSiN硬质涂层的结构与机械性能

目的研究Si的掺入对VAlN硬质涂层机械性能的影响行为。方法利用双靶(V50Al50靶与Si靶)磁控溅射沉积技术,保持V50Al50靶的功率为一定值,通过控制Si靶的功率,获得Si含量不同的VAlSiN硬质涂层,分析涂层的成分、相组成、硬度及耐磨损性能。结果 Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,Si3N4起到细化晶粒的作用,少量Si的掺入可使涂层的硬度与耐磨性能得到提升。但当Si大量掺入后,Si3N4非晶相成为涂层中的主相,导致涂层的硬度与耐磨性能出现下降。结论少量Si的掺入有益于VAlN涂层机械性能的提升。

熔覆电流对高钼高钒铁基硬质涂层组织结构与性能的影响

刃板的磨损失效往往导致整个挖斗报废,为了提高其耐磨性能,采用等离子熔覆技术在刃板材料Q345B表面制备高钼高钒铁基耐磨涂层,研究熔覆电流(120、140、160 A)对涂层组织结构的影响,考察涂层的显微硬度、摩擦磨损与耐冲击性能。结果表明,电流大小对涂层的组织结构与界面状态影响较大,涂层组织主要由马氏体基体、弥散分布的细小球形碳化钒(VC)、多边形块状硼化钼(Mo_(2)B)和层片状复合硼碳化物(M_(2)(B,C))组成。120 A下制备的涂层与基材界面处存在局部未熔合区,增大电流导致涂层中VC的尺寸和分布间距变大,Mo_(2)B消失,M_(2)(B,C)增多且尺寸增大。涂层的平均显微硬度约为920 HV0.1,是耐磨钢NM400的2倍多,同等条件下的磨损失重仅为NM400的1/20,表现出优异的耐磨性能。带基材的涂层具有良好的耐冲击性能,且平行熔覆纹路的耐冲击性能优于垂直熔覆纹路的。

普通硬质涂层和超硬涂层的研究进展

随着现代科学技术的不断进步,普通硬质涂层和超硬涂层有了显著的发展,部分涂层已经在某些领域实现了应用。主要介绍了氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等普通硬质涂层和金刚石、类金刚石(DLC)、cBN、纳米多层结构涂层及纳米复合涂层等超硬涂层的性能、应用、制备技术及其发展趋势,并对部分常见涂层面临的性能改进及其今后可能的发展方向进行了探讨。

含银硬质涂层高温摩擦学性能的研究进展

贵金属银具有优异的固体润滑性能,常被用于关键机械零部件表面硬质防护涂层的摩擦学改性。近年来,航空、航天等技术的发展进一步促进了含银硬质涂层在高温工况下的大量应用。贵金属银在含银硬质涂层中主要以银单质和银的二元金属氧化物AgTMxOy等形式发挥作用。阐述了银单质和AgTMxOy在硬质涂层中的高温自润滑机理,分析了银类润滑材料和其他固体润滑剂之间的协同作用,归纳了金属银在硬质涂层中的几点优异特性,即较快的扩散速率、较好的热化学稳定性和较弱的Ag—O键等;展望了含银硬质涂层的未来研究方向。

硬质陶瓷涂层增韧及其评估研究进展

硬质陶瓷涂层一般硬度高,但韧性差,在受到较大外加冲击荷载作用时容易产生裂纹并引发失效,从而限制了硬质涂层在工程领域的应用。硬质涂层的增韧研究是当前硬质涂层研究的热点之一。常见硬质涂层增韧方法中,有些是以降低硬度为代价来提高涂层韧性,比如第二相增韧;有些是通过优化涂层结构设计,减小缺陷尺寸,在不损失涂层高硬度的前提下,提高韧性,获得兼具高硬度和高韧性的涂层;有些是通过相变(晶体结构转变)提高涂层的韧性。通过优化涂层结构设计,改变涂层晶粒尺寸、晶界尺寸与复杂程度等,使涂层致密化,从而提高涂层硬度与韧性,从而获得增韧效果,成为研究者越来越关注的焦点。单一增韧方法的局限性,可以通过多种增韧方法协同作用获得突破,协同增韧已成为硬质涂层增韧发展的趋势。目前硬质涂层的韧性评估还没有一个公认的方法,从简单实用出发,常用的有微悬臂梁弯曲法、划痕法和压痕法。

硬质涂层膨胀锥减摩耐磨性能

为降低膨胀锥/膨胀管间摩擦阻力,提高膨胀锥耐磨损性能,制备了硬质涂层膨胀锥,研究了硬质涂层膨胀锥的性能,并对其进行了现场应用。采用超音速火焰喷涂技术在合金钢膨胀锥表面制备了碳化物硬质涂层,使膨胀锥表面硬度提高了近60%。摩擦磨损实验结果表明:锂基脂润滑条件下,硬质涂层使膨胀锥试块摩擦系数降低超过30%,磨损量降低约33%;水润滑条件下,硬质涂层使膨胀锥试块摩擦系数降低约25%;硬质涂层显著降低了膨胀锥和膨胀管间的摩擦阻力,减轻了磨损,增加了膨胀锥的使用寿命。现场应用结果表明:硬质涂层膨胀锥具有良好的耐磨损性能,应用4口井后涂层与膨胀锥基体结合良好,表面无明显磨损现象,成功完成现场套损井的修补作业。

高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术，它利用较高的脉冲峰值功率（超出传统磁控溅射2～3个数量级）和较低的脉冲占空比（0．5％～10％）来实现高金属离化率（〉50％），在获得优异的膜基结合力、控制涂层微结构、降低涂层内应力、控制涂层相结构等方面都具有显著的技术优势．本文从高功率脉冲磁控溅射技术的原理出发，探讨了高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势，介绍了10多年来高功率脉冲磁控溅射技术在刀具涂层界面优化、高性能硬质涂层沉积、复合高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米多层/复合硬质涂层和氧化物涂层沉积、低温沉积等方面的研究进展．

硬质涂层冲击、冲蚀性能的研究进展

工程领域中随处可见的碰撞、振动现象,使冲击和冲蚀已成为众多装备中关键零部件破坏和失效的主要原因之一。表面工程特别是涂层技术的发展和应用有效地改善了这一情况,通过赋予材料表面更好的性能,延长了工件的使用寿命。涂层的冲击磨损和冲蚀磨损不仅与材料有关,还受到角度、温度等服役工况的影响,是一个多因素共同作用的复杂过程。通本文以硬质涂层为对象,介绍了其发展历程,分析并总结了其耐冲击、冲蚀性能的研究现状,并展望了未来研究趋势。

金属氮化物和碳化物硬质涂层的研究及应用进展

利用超硬涂层进行材料防护是提高材料性能的一种经济、实用性途径,也是提高模具寿命的重要手段。按金属氮化物和碳化物耐磨硬质涂层材料的不同,综述了耐磨涂层的研究进展,介绍了其制备方法,展望了防护涂层的发展趋势。

等离子喷涂法制备铁基硬质涂层的力学性能

为了在碳钢表面制备耐磨涂层,使涂层与基体的膨胀系数相近,减少涂层应力,将80%Fe,13%P,7%C(质量分数,%)机械混合粉末进行等离子喷涂,制备铁基耐磨涂层.采用粘结剂对偶试样拉伸试验法测定涂层结合强度,采用表面显微硬度法分析涂层硬度,采用MMW-2型(高温)摩擦磨损试验机以40Cr硬质合金为对磨材料对涂层进行耐磨性试验.结果表明,涂层的结合强度平均值为29.16 MPa,显微硬度的平均值为7.889 MPa,高于陶瓷涂层硬度值,涂层的耐磨性能较好,磨损200 min后,涂层的磨损量在36 mg左右,磨损量约为对磨件的1/13,涂层磨损主要为磨粒磨损机制.

硬质涂层膜/基结合力的测定方法与改善途径

硬质涂层的性能主要包括硬度、结合力、耐磨性、热稳定性以及抗氧化性能,其中膜/基结合力是影响涂层使用性能的主要因素之一。阐述现有的结合力测定方法,分析这些检测方法的特点和适用性,针对不同涂层可采用不同的方法进行测量,进而得到更加准确合理的膜/基结合力描述;论述了膜/基结合力的主要影响因素,并提出了若干方法以改善膜/基结合力。

CrAlN硬质刀具涂层的相结构稳定性及其热分解机制

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从理论上系统研究不同Al固溶浓度x(x=0~1)下面心立方(FCC)结构Cr1-xAlxN硬质刀具涂层的微观几何构型、相结构稳定性及其热分解机制,并从电子结构角度对其稳定性起源进行分析。结果表明:随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN晶胞逐渐收缩,而其晶格畸变程度却先增大后减小,且当Al浓度x为0.5~0.75时,FCC-Cr1-xAlxN晶格畸变较为严重,为析出密排六方(HCP)结构的Al N化合物提供源动力;随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性逐渐降低,且其极易按FCC-Cr1-xAlxN→(FCC-Cr N)+(HCP-Al N)→(HCP-Cr2N)+N2+(HCP-Al N)的路径进行分解,计算结果与实验保持一致;Al固溶致使FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性降低的内在原因在于Cr1-xAlxN晶胞中Cr—N共价键作用随Al固溶度的增大而逐渐减弱。

Si掺杂对纳米硬质CrAlN涂层结构及性能影响

采用真空阴极电弧离子镀技术在V-4E工具钢表面制备了CrAlN、CrAlSiN两种多元纳米硬质涂层。采用划痕仪、工具显微镜、显微硬度计、球磨仪、SEM、EDS、XRD、TEM及XPS分析了涂层的力学性能、摩擦学性能以及微结构。结果表明:与CrAlN涂层相比,CrAlSiN涂层中Si的掺杂能使晶粒细化,提高涂层硬度和耐磨性、优化膜基结合水平;CrAlSiN涂层中的立方相CrN由(111)择优取向向(200)择优取向转变,晶粒尺寸明显减小,相结构为非晶态Si_3N_4包覆纳米晶复合混合框架结构。

35CrMo钢表面化学气相沉积多层硬质涂层的结构与性能研究

采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC/Ti(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al2O3多层硬质涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、多功能表面力学性能试验仪和摩擦磨损试验仪测试分析了涂层的组成结构、粗糙度和表面力学性能.结果表明:三种硬质涂层表面较均匀、致密,具有高硬度、低摩擦系数等特点,较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能。相比TiC/TiN双层,多层涂层具有更好的力学和耐磨性能,其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小,耐磨损性能最好,原因主要归于TiC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N)。

WC–12Ni硬质涂层在模拟土壤环境中的磨料磨损行为

采用美科LF–HVOF超音速火焰喷涂系统,对45钢表面喷涂厚约300μm的WC–12Ni硬质涂层,利用显微硬度计、X射线衍射仪和场发射扫描电镜分别表征硬质涂层的硬度、相结构和表面形貌;以65Mn弹簧钢作为对比材料,利用湿砂橡胶轮磨损试验测试涂层的磨料磨损性能。结果表明:WC–12Ni硬质涂层硬度为1 020HV0.3,碳化钨硬质颗粒的相结构为WC相与少量WC1–x相,粘结相镍为面心立方Ni相,碳化钨硬质颗粒大小为2~10μm,均匀致密,孔隙率为8%;随砂水比由3∶1降至3∶2、载荷由40 N增至110 N,WC–12Ni硬质涂层的磨损失重在53~80 mg范围波动,仅为65Mn弹簧钢磨损失重的1/14;WC–12Ni硬质涂层的磨损为粘结剂磨损导致的硬质颗粒局部剥落以及硬质颗粒的微量磨损,可延长旋耕刀具等土壤工作部件的寿命。

梯度纳米硬质涂层内部应力的有限元分析

利用有限元分析法模拟计算硬质涂层Ti、TiN、TiCN和TiAlN在不同情况下所受应力状态分析。结果表明:涂层上所加载的应力越大,涂层内部残余应力越大,造成的涂层损坏也越严重;在同种基体合金情况下TiCN涂层比TiN涂层相对抗压性能较好;同一种结构硬质涂层镀在高速钢基体上较镀在硬质合金基体上耐热性较好;涂层厚度的增加导致涂层所受残余应力减小,增了基体的抗静载压力,提高了基体的抗压性;同种涂层在不同温度下工作时,温度越高,所受的残余应力越大。

物理气相沉积技术制备的硬质涂层耐腐蚀的研究进展

根据物理气相沉积技术制备的硬质涂层的腐蚀机制,指出提高硬质涂层的抗腐蚀性能的关键在于提高涂层的致密性和涂层/基材界面的性能。对提高硬质涂层耐蚀性的各种措施分别予以评述,提出了今后的研究方向。

硬质涂层力学性能可靠测量的两步压入法

正确测量涂层的硬度等力学性能一直是硬质涂层生产和研究中亟待解决的问题。本文提出的采用力学探针对涂层进行两步压入的实验方法可以在未知涂层厚度的条件下通过大载荷逐步加载展示出涂层厚度对载荷选择的要求 ,从而正确选择加载载荷进行小载荷压入实验。

硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势

本文总结了硬质及超硬涂层的类型,硬度增强机理及超硬涂层的设计原则,并分析了硬质及超硬涂层研究的可能发展趋势。

硬质相对冷喷涂FeAl金属间化合物涂层性能的影响

FeAl金属间化合物具有优良的物理性能和力学性能,但其室温塑性和断裂韧性低,限制了其工程应用。利用机械合金化制备了Fe(Al)固溶体合金粉末及Al2O3,WC硬质相增强的复合合金粉末,通过冷喷涂沉积涂层并结合后热处理原位反应制备了FeAl金属间化合物涂层及其复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度仪等研究了硬质相对球磨粉末组织结构、冷喷涂FeAl金属间化合物涂层组织结构及性能的影响。结果表明,硬质相可显著加速球磨粉末内部层状结构的细化程度,喷涂态涂层具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,热处理可实现喷涂态涂层中Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,致使层状结构消失,获得无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层,弥散分布的硬质相可显著提高冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的强化稳定性。