Preparation and performance of a cold gas dynamic sprayed high-aluminum bronze coating

By mixing preheated high-aluminum bronze powders with different amounts of Al_2O_3 powder, a low-pressure cold-sprayed coating was prepared and sprayed onto a Cr12MoV steel substrate. The hardness of the coating and the bonding strength between the coating and the substrate were tested with a HV-1000 microhardness tester and a mechanical universal testing machine. The surface microstructure, cross-section and tensile fracture surface of the coating were observed with a scanning electron microscope(SEM). Correspondingly, the influences of the preheat treatment temperature of the bronze powder and the Al_2O_3 content on the coating performance were investigated. The results indicate that the hardness of bronze powders decreased and the coating deposition rate increased after the preheating treatment of the bronze powder. The Al_2O_3 content in the mixed powders contributed to the deformation of bronze powders during the spraying process. This trend resulted in varied performance of the coating.

低压空气辅助喷射甲醇发动机冷起动试验研究

针对甲醇发动机难以形成浓度合适的混合气而造成冷起动困难的问题,以一台应用自主开发的进气道低压空气辅助喷射系统(air assisted port injection,AAPI)的单缸甲醇发动机为研究对象开展试验研究,探究不采用辅助措施通过AAPI喷射实现甲醇高雾化对甲醇发动机冷起动的影响及规律。试验表明AAPI明显加快了甲醇发动机冷起动前可燃混合气的形成速率。AAPI甲醇发动机着火前过量空气系数λ的平均变化率值和峰值变化率分别是普通喷射方式的3.2倍和2.26倍。点火时刻对AAPI甲醇发动机冷起动影响较大,为使AAPI甲醇发动机的冷起动性能最优,需配合合适的点火时刻,试验条件下最佳点火时刻为活塞压缩上止点前20°。AAPI甲醇发动机的冷起动性能受环境温度影响较大,随着环境温度的降低,甲醇发动机冷起动时间增长;不采用辅助措施,AAPI甲醇发动机在5℃时能实现可靠冷起动。

激光辅助低压冷喷涂CNTs/Cu复合涂层耐腐蚀性能研究

以铜基材料的修复再制造需求为牵引,采用激光辅助低压冷喷涂技术制备了CNTs/Cu复合涂层并研究其耐腐蚀性能。研究发现,由于表面镀铜及激光加热的协同作用,镀铜CNTs均匀分布在复合涂层中,枝晶状铜粘结相粉末之间以及CNTs增强相与铜粘结相之间均实现了良好的界面结合。由于CNTs/Cu复合涂层较低的孔隙率及CNTs本身较高的比表面积,可以阻止腐蚀液渗入涂层内部,从而提升复合涂层的耐腐蚀性能。

冷喷涂技术的最新进展及应用研究

冷喷涂技术是近几年发展起来的新型喷涂工艺,低压冷喷涂是基于原冷喷涂技术上的一种改进,它与高压冷喷涂一样是冷喷涂技术的最常见的两个分支。通过对低压冷喷涂与原冷喷涂技术的工艺差别的比较,从技术原理、涂层的制备和性能分析的角度,分析这种新型的低压喷涂技术的应用前景。

低压冷喷涂镍基金属陶瓷复合涂层的摩擦学性能研究

目的研究镍基陶瓷复合涂层的摩擦学性能,为现场修复泥浆泵关键部件提供实验支撑。方法采用低压冷喷涂技术,在Q235钢表面分别制备不同Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)含量的镍基金属陶瓷复合涂层。通过HT-1000摩擦实验机测试大气气氛下涂层的摩擦磨损性能,采用X射线衍射仪(XRD)和附带能谱的扫描电镜(SEM)表征复合涂层的微观组织和物相组成,利用维氏显微硬度仪测试复合涂层硬度。结果陶瓷颗粒添加量为9%~33%(以体积分数计)时,涂层硬度随着Al_(2)O_(3)含量的增加,呈先增后减的趋势,而随着ZrO_(2)增加,涂层的硬度呈先减再增的趋势。这主要是因为不同类型陶瓷颗粒的添加使涂层的致密度发生了变化。Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层摩擦因数随Al_(2)O_(3)含量增加,呈现先减后增的趋势,涂层磨损机理由粘着磨损向磨粒磨损转变,而Ni-ZrO_(2)复合涂层摩擦因数大致稳定在0.2附近。Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的磨损率随Al_(2)O_(3)含量的增加,呈现先减后增的趋势,而ZrO_(2)含量增加,Ni-ZrO_(2)复合涂层的磨损率则呈现先增后减的趋势。当加入23%Al_(2)O_(3)颗粒时,涂层的耐磨性能明显改善,摩擦因数低至0.149,磨损率为3.18×10^(–5)mm^(3)/(N·m)。结论陶瓷颗粒的加入可有效提高涂层的耐磨性能,但耐磨性能也受添加颗粒尺寸因素的影响。该研究结果为泥浆泵关键部件的修复提供了一定的理论数据支撑。

低压冷喷涂铝涂层微观结构与沉积特性研究

低压冷喷涂技术是一种不同于高压冷喷涂技术的新型喷涂工艺。本文以体积比为3:7的氧化铝粉末和铝粉的混合粉末为原料,以压缩空气为工作气体,利用低压冷喷涂设备在Q235钢基体上制备Al涂层,研究了温度、喷距、送粉速率和喷嘴横向移动速度等工艺参数对涂层沉积效率的影响。采用光学显微镜、扫描电镜,研究了涂层的微观结构和沉积特性。实验结果表明:在工作气体压力保持0.6 MPa不变的情况下,温度400℃、喷距25 mm、送粉速率为30—40 g/min、喷嘴横向移动速度4.0 m/min时,铝涂层沉积效率最佳;同时Al2O3陶瓷相的加入有利于涂层的沉积。

喷涂距离对铝基体上低压冷喷涂铜涂层的影响

使用低压冷喷涂技术和90%Cu+10%Al2O3粉体材料在LY12铝合金基体上制备Cu-Al2O3复合涂层。制备涂层使用的喷涂距离分别为5、15、25 mm。对该涂层的力学性能进行测试;利用场发射扫描电镜对涂层的结合界面进行观察。研究了喷涂距离对涂层性能的影响。结果表明:喷涂距离的变化会导致涂层中Al2O3颗粒的大小和和含量发生变化,从而导致涂层中铜颗粒变形量发生变化,最终影响涂层的力学性能;当喷涂距离为15 mm时,在LY12铝合金基体上制备的复合涂层的力学性能最好。

WC/Co纳米复合粉原料制备硬质合金细晶粒顶锤的方法研究

采用流态化制备方法生产的WC/Co纳米复合粉作原料,研究制备硬质合金细晶粒Φ175顶锤的生产方法。WC/Co纳米复合粉中加入微量抑制剂,配制成含钴量为10%的细晶粒合金配方,经搅拌球磨、喷雾干燥、冷等静压、低压烧结后检测其合金特性值。生产合格Φ175顶锤,进行使用效果验证。研究结果表明:WC/Co纳米复合粉可应用于搅拌球磨制备硬质合金细晶粒大顶锤,这种顶锤在使用中表现出卸压回弹性小的特点,可解决大顶锤在合成保压后卸压瞬间易发生裂纹失效的难题。

碳钢低压冷喷涂铝涂层的海水耐蚀性

本文以Al和10%体积比Al2O3的混合粉末为原料,使用便携式低压冷喷涂设备,在Q235碳钢基体上喷涂了Al涂层.测试涂层自腐蚀电位及动电位极化曲线,结合扫描电镜观察涂层表面及截面微观形貌,研究了低压冷喷涂Al涂层在海水中电化学腐蚀行为,并与高压冷喷涂和热喷涂铝涂层的耐蚀性比较.结果表明,低压冷喷涂铝涂层结构较为致密,其耐蚀性比高压冷喷涂铝涂层的略低,而明显优于热喷涂铝涂层.

低压冷喷涂铝涂层的工艺参数优化

在常温环境下,以Al2O3和Al(体积比3:7)的混合粉末为原料,以压缩空气为工作气体,利用低压冷喷涂设备,在Q235碳钢表面制备铝涂层,讨论了温度、送粉速率及喷距对涂层沉积效率的影响、同时研究了工艺参数对涂层的显微硬度及结合强度的影响,得出最佳优化工艺参数为工艺参数在温度400～500℃、送粉速率24～35 g/min、喷距20～30 mm。

不同基体低压冷喷涂铝合金涂层物理性能研究

通过优化的冷喷涂工艺参数(载气温度300℃、载气压力0.6 MPa、喷涂距离25mm、送粉速率30g/min、喷嘴横向移动速度6.5mm/s),利用DYMET-413低压冷喷涂设备在两种不同基体(Q235钢和6061铝合金)上制备了3种不同厚度的Al-30%Al2O3(体积分数)涂层,并采用物相分析、微观形貌分析、显微硬度测试、孔隙率测试、结合强度测试等分析手段对不同基体上不同厚度铝合金涂层的沉积特性及物理性能进行了研究。实验结果表明:在相同的喷涂工艺条件下,铝涂层在硬度较高的钢基体上更容易沉积出厚涂层,尤其是当铝涂层厚度超过1mm时,铝基体上后续沉积的涂层厚度与相同喷涂道数下钢基体表面涂层厚度相差近1倍。另外结果发现在钢基体上的铝涂层致密度更高,孔隙率较低,并且结合强度可达40 MPa左右,而铝合金基体上的铝涂层结合强度只有30 MPa左右。总体而言,对于较软的铝合金粉体,其在硬度较大的钢基体上更容易制备出性能优异的铝合金涂层,且在一定厚度范围内,同一种基体上涂层结合强度随其厚度增加而增大。

Zn含量对低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层力学性能的影响

将不同锌含量的铜、锌和氧化铝粉末混合,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层。对该涂层进行力学性能测试,并利用扫面电镜对该涂层的截面形貌进行观察。结果表明:铜锌复合涂层的孔隙率低,涂层与基体结合处紧密,复合涂层的硬度大于冷喷涂Cu涂层和冷喷涂Zn涂层的硬度。随着喷涂用粉体材料中Zn含量的增加,涂层的硬度逐降低,结合强度逐渐升高。锌含量为10%时,涂层的硬度最高(143 HV);锌含量为40%时,涂层的结合强度最高(10.91 MPa)。

球磨CNTs/Cu复合粉末的激光辅助低压冷喷涂沉积特性及耐磨损性能研究

利用高能球磨法制备CNTs/Cu复合粉末,通过激光辅助低压冷喷涂技术在铜基体上实现球磨CNTs/Cu复合粉末的有效沉积,并对复合粉末及涂层的微观形貌、结构、元素分布及耐磨损性能进行表征。结果表明:高能球磨法能使CNTs均匀分散并嵌入塑性变形的铜粉中形成CNTs/Cu复合粉末;CNTs含量较高时,CNTs/Cu复合涂层沉积效率降低且存在孔隙和表面凹坑缺陷;复合涂层的磨痕相较于纯铜涂层更光滑,且复合涂层为粘着磨损和磨粒磨损的混合机制。

激光辅助低压冷喷涂表面金属化CNTs/Cu复合涂层

采用激光辅助低压冷喷涂技术在Cu基体上制备表面金属化CNTs(Ni-Cu-CNTs)/Cu复合涂层,研究了复合涂层的微观特性以及耐磨损性能。研究结果表明,在激光辐照的作用下,Ni-Cu-CNTs增强相和Cu黏结相由于受热软化均发生了明显的塑性变形,Ni-Cu-CNTs颗粒嵌入到塑性变形的Cu颗粒中形成连续致密且结合良好的复合涂层,复合涂层的厚度可达2609μm,CNTs弥散均匀分布在复合涂层中且保持其结构的完整性。添加Ni-Cu-CNTs的复合涂层表现出优异的耐磨损性能,平均摩擦系数可降低至0.385,体积磨损速率降至1.49×10^(-4)mm^(3)/(N·m)。复合涂层中的Ni-CuCNTs增强相一方面通过承受磨球对涂层表面的载荷力,减少了涂层磨损,另一方面随着磨损过程的进行,Ni-Cu-CNTs从涂层中脱离到涂层表面形成润滑层,降低了涂层的摩擦系数,从而提高复合涂层的耐磨损性能。

退火热处理对低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层性能的影响

以Cu-Zn混合粉末作为喷涂粉体,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层,在不同退火温度下对复合涂层进行退火热处理,然后测试涂层的力学性能。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微硬度仪等对退火热处理前后复合涂层进行微观形貌观察和硬度测试。结果表明:铜锌复合涂层结构致密,涂层与基体结合紧密;铜锌复合涂层在200~300℃间退火时,涂层中金属颗粒间界面明显,涂层内部形成β(CuZn)、γ(Cu5Zn8)等金属间化合物。退火温度为200℃时,铜锌复合涂层的硬度(HV0.2)达到最高(1578 MPa),结合强度达到最低(7.5 MPa);铜锌复合涂层在350~450℃间退火时,涂层中金属颗粒间部分界面不明显;当退火温度为450℃时,铜锌复合涂层硬度达到最低(1024 MPa),结合强度达到最高(13.9 MPa)。

低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层的耐蚀性能

使用低压冷喷涂技术,分别在45#钢基体与45#钢加镀铬层基体上制备铜锌涂层试样。通过静态浸泡与铜加速醋酸盐雾腐蚀试验(CASS)对涂层和涂层加镀铬层试样的腐蚀性能进行研究;采用SEM、XPS对腐蚀前后涂层与镀铬层的微观形貌与元素价态进行表征。结果表明:静态腐蚀过程中,铜锌涂层的耐腐蚀性能优于铜锌涂层加镀铬层;CASS试验中,随着原始粉体中锌含量的增加,涂层试样与涂层加镀铬层试样的耐腐蚀性能提高,当铜/锌比为6:4时,对应涂层试样、涂层加镀铬层试样与纯镀铬层的耐腐性能达到六级。铜锌涂层在腐蚀液中由于电化学腐蚀及氯化作用,导致铜锌均发生了腐蚀,其腐蚀产物主要为Zn(OH)2、Cu2O与CuCl2。铜锌涂层加镀铬层试样在腐蚀过程中,锌的腐蚀在一定程度上可以起到减缓镀铬层腐蚀的作用,这种减缓的作用与镀铬层上析出的铜膜共同保护镀铬层,增强其耐腐蚀性能。

激光辅助低压冷喷涂CNTs/Cu复合涂层工艺研究

针对高压隔离开关铜触头表面修复与改性的需求,以碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)为增强相,Cu为黏结相,通过激光辅助低压冷喷涂的方法在Cu基材表面制备了CNTs/Cu复合涂层。首先,采用化学镀铜的方式对CNTs进行表面金属化处理,以提高其密度并增强其与Cu黏结相的界面结合;然后,对喷涂距离、扫描速度、激光辐照功率等工艺参数进行优化;最后,利用能量色谱仪和扫描电镜等测试方法对复合涂层的微观特性进行分析。研究结果表明,当喷涂距离为15 mm时,涂层与基体的结合效果较好;随着扫描速度的增加,涂层内部具有相对较好的致密性,涂层/界面结合状态较好,涂层表面平整。随着激光辐照功率的增加,涂层厚度和宽度呈现先增加后减小的规律,并在800 W时涂层的厚度达到最高。由于激光的加热软化效应以及CNTs表面铜镀层的保护作用,CNTs能够均匀分散于复合涂层中且能保持结构的完整性。

激光辅助低压冷喷涂石墨/铜基复合涂层研究

利用激光辅助低压冷喷涂技术在不同激光功率下制备石墨/Cu复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、图像分析软件ImageJ等,对复合涂层的截面形貌、表面形貌、微观组织、石墨含量以及元素分布等进行表征。结果表明:采用单一低压冷喷涂不能够形成连续的涂层,只能形成断续的点状物,而通过激光辅助低压冷喷涂可以实现石墨/Cu复合涂层的有效沉积。随着激光功率的升高,复合涂层的厚度和宽度均得到一定的提升,表面起伏以及涂层/基体的界面结合得到改善。在通过激光辅助低压冷喷涂所制备的复合涂层中,增强相石墨与黏结相Cu之间结合致密,但过高的激光功率容易导致增强相石墨烧蚀和黏结相Cu氧化的问题。

冷喷涂和低压等离子喷涂Ni-Ti涂层：组织和性能

采用原子比1:1的Ni和Ti为原料,通过冷喷涂(CS)和低压等离子喷涂(LPPS)制备了Ni-Ti复合涂层,研究喷涂工艺对涂层的组织(孔隙率、相组成和显微组织)和性能(硬度、耐磨性和耐蚀性)的影响。结果表明:2种涂层均未发生明显的氧化,但表现出不同的组织结构。高速碰撞后的颗粒发生严重塑性变形使CS涂层具有低的孔隙率,且XRD未检测到其它的生成相;层片状结构的LPPS涂层内部形成了Ni-Ti金属间化合物相,其表现出高的显微硬度和低的磨损率。此外,LPPS涂层呈现高的腐蚀电位和低的腐蚀电流密度,表明其具有高的耐蚀性。

低压冷喷涂制备Al（Y）-30%Al2O3涂层及其海水腐蚀行为

采用低压冷喷涂技术在Q235碳钢基体上制备了不同稀土元素(Y)添加量的Al(Y)-30%Al2O3(体积分数)复合涂层。结合SEM、XRD、FTIR等材料分析测试手段,采用开路电位、交流阻抗、动电位极化等电化学测试方法对涂层的腐蚀行为进行了研究。通过考察不同稀土元素(Y)添加含量对涂层微观组织和腐蚀电化学行为的影响,研究复合涂层的腐蚀机制。结果表明:添加适量的Y元素可以提高涂层的耐蚀性能,加入量过少,Y作用不明显;加入量过多,涂层的耐蚀性有所下降;当Y添加量为0.2%(质量分数)时,涂层的耐蚀性比Al-30%Al2O3涂层提高了1个数量级;Al(Y)-30%Al2O3涂层的腐蚀过程包括:表层均匀腐蚀、界面侵蚀-渗透扩散、局部腐蚀、腐蚀抑制4个阶段。