面向绿色制造与再制造的表面工程

表面工程是机械制造中赋予零件表面耐磨损、耐腐蚀和耐疲劳等特殊性能的重要技术途径。近零排放的表面工程新技术替代传统表面工程技术,可满足绿色制造要求,减小对环境的负面效应;以较少能源和材料获得比基体更高性能的表面工程技术,可在恢复零件尺寸的同时提升其性能,并广泛应用于装备的再制造。近年来,面向绿色制造与再制造的表面工程技术得到较快的发展,如替代传统电镀铬的绿色镀膜技术、工程化超润滑复合碳膜技术、纳米减摩自修复添加剂技术、纳米电刷镀技术、热喷涂新技术和激光表面强化技术等。从以上技术的基础研究及应用背景等方面,介绍我国表面工程研究的新进展、新成果、新观点、新方法和新技术,并对其未来发展做出思考。

高能脉冲精密冷补技术用于修复零件表面局部缺损

高能脉冲精密冷补技术由于其独特的能量输出方式,在实现金属零件表面修复时具有修复速度快、热量输入小和结合强度高的特点。通过对液压柱塞杆划伤表面的实际修复和修复区域的性能测试,结果表明:修复层与基体无明显气孔,结合紧密,HAZ宽度为130μm,修复层平均显微硬度为520 HV,耐磨性能较基体提高36.4%。说明高能脉冲精密冷补技术是一种操作简单,性能可靠的新型修复技术。

工程陶瓷崩碎损伤的声发射逾渗特征

为研究工程陶瓷崩碎损伤演化过程中的逾渗行为,揭示其损伤机理,以氧化铝陶瓷为研究对象,构建了工程陶瓷崩碎损伤实验系统,建立了基于声发射的逾渗理论模型。通过对崩碎损伤过程中声发射信号分析可得:声发射计数率/能量释放率能实时反映陶瓷崩碎损伤过程中裂纹激活率的逾渗行为;基于声发射累积计数/累积能量的破坏比率反映了损伤累积对材料内部性能的影响,可从损伤积累的角度描述陶瓷崩碎损伤过程中的逾渗行为;声发射持续时间反映了陶瓷崩碎过程中逾渗行为的团簇变化规律。研究结果表明:基于声发射的逾渗理论模型可较好的描述陶瓷崩碎损伤演化过程的逾渗特征。

装甲装备器材保养包装模式研究与体系建设

通过对器材保养包装理论的深入探讨,论证并建立了装甲装备器材保养包装新模式,创新性地研制了较为系统的保养包装设备、材料、管控系统与规范体系。在此基础上,设计并建设了装甲装备器材保养包装平台,对我军装备器材保养包装建设起到示范性的推动作用。

废旧机械产品表面疲劳层材料去除技术现状及发展趋势

再制造是废旧机械产品高技术修复改造的产业化,以及发展循环经济和建设"两型社会"的有效途径。本文介绍了废旧机械产品表面疲劳层的加工特点,综述了常见机械产品表面疲劳层的材料去除技术现状及其特点,展望了其发展趋势。

滚压处理对镍刷镀层表面形貌及磨损性能的影响

对镍刷镀层进行滚压加工,采用扫描电镜、显微硬度计观察和测试镍刷镀层滚压前后的组织形貌和硬度,并在MM200摩擦磨损试验机上考察了两种镀层的磨损性能,并对镀层的强化机理进行了分析。结果表明,同镍刷镀层相比,经滚压加工处理后的镀层表面更为平整,粗糙度降低,镀层硬度达到561HV0.1,是原始镀层硬度(433HV0.1)的1.3倍,在200 N和400 N载荷下,镀层相对耐磨性分别达到2.33和1.40,这主要是由于镀层表面加工硬化所致。

超音速等离子喷涂工艺参数对AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度的影响

为使AlSi-20%Al/Ni超音速等离子喷涂涂层获得优良的结合性能,采用正交实验法研究了喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流等喷涂工艺参数对结合强度的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等手段对涂层的相组成和断口形貌进行分析,利用WDW-E100D微机控制式万能拉伸试验机对涂层结合强度进行测试。结果表明:涂层由AlSi和AlNi两相组成,影响AlSi-20%Al/Ni涂层结合强度工艺参数的主次顺序为喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流,优化后的工艺参数为主气流量3.2m3/h,喷涂电流为380A,喷涂电压为130V,喷涂距离为90mm,在此参数下制备的涂层组织致密,其结合强度为65.5MPa。

切向载荷作用下氮化硅陶瓷崩碎损伤规律与机理

针对工程陶瓷的崩碎损伤,应用单颗粒划痕实验系统研究了切向载荷作用下Si3N4陶瓷的崩碎损伤特征和机理。比较了损伤位置、切入深度、切向速度和金刚石磨粒磨损等因素对陶瓷崩碎损伤的影响,应用3D激光测量显微镜观测了崩碎损伤表面的三维形貌,应用扫描电镜分析了崩碎损伤机理。结果表明:出口崩碎损伤是陶瓷崩碎损伤的主要形式;切入深度越大,切向速度越小,金刚石颗粒磨损越多,崩碎损伤就越严重。出口崩碎损伤的中心剖面线具有显著的阶梯形分形特征,其扩展演化规律可由逾渗理论和裂纹扩展的最小阻力原理解释。在切向载荷作用下,入口崩碎损伤在金刚石磨粒的碰撞下主要以穿晶断裂为主;内部崩碎损伤在金刚石磨粒的挤压和切割下主要以破碎和铲除的形式发生断裂;而出口崩碎损伤主要以沿晶断裂为主。

零件再制造中局部损伤的治理方法

局部损伤是零件再制造中常见的一种失效形式,由于损伤情况的多样性,成为企业再制造加工中的一个难点。文中针对零件表面局部损伤的特点和现有修复方法热输入量大、修复效率低和成本高的不足,主要对高能脉冲精密冷补技术、电火花表面强化修复技术和微脉冲电阻焊修复技术的工作原理、应用特点进行了阐述,列举了以上几种技术在金属零件表面修复与再制造中的应用实例。

摩擦喷射纳米Al_2O_3/Ni复合镀层的组织形貌及其性能研究

采用摩擦喷射电沉积工艺制备了纳米Al2O3/Ni复合镀层,考察了该镀层的表面和断面形貌,并对镀层性能进行了测试分析。研究表明,摩擦喷射纳米Al2O3/Ni复合镀层表面较为平整,镀层与基体结合紧密。一次性镀覆厚度达到1.40mm,远高于电刷镀纳米Al2O3/Ni复合镀层(0.35mm),镀层硬度达到650HV。在试验条件下,该镀层的耐磨性是摩擦喷射Ni镀层的1.44倍,是纳米Al2O3/Ni刷镀层的1.15倍,摩擦因数也低于摩擦喷射Ni镀层和电刷镀纳米Al2O3/Ni复合镀层。

喷射纳米Al_2O_3增强镍基复合镀层的摩擦行为研究

采用摩擦喷射电沉积工艺制备了纳米A l2O3镍基复合镀层,观察了镀层的表面形貌,测试了镀层的显微硬度,并考察了镀层在不同载荷下的摩擦行为,并初步探讨了其磨损机制。结果表明:当纳米A l2O3质量浓度为50 g/L时,获得的复合镀层表面平整、晶粒细小、组织致密;显微硬度达到最高,较纯镍镀层提高了39%;在500 N、油润滑条件下复合镀层耐磨性提高了30.4%。复合镀层的磨损机制主要是磨粒磨损,而纯镍镀层主要是粘着磨损和磨粒磨损。

乙丙橡胶密封件耐老化防护涂层的试验研究

针对东南沿海地区橡胶密封材料老化现象进行表面防护试验研究,开发用于橡胶表面的橡胶耐老化涂层。为进一步提高涂层本身的耐老化性能、改进涂层的施工性能、减少对环境的污染,试验研究了一种水性橡胶耐老化涂料,测试了涂层橡胶密封件的耐湿热性、耐盐雾性,试验结果表明:涂敷防护涂膜的乙丙橡胶表面在湿热环境下300 h、盐雾试验196 h未发生明显变化,耐老化效果显著提高。

环保型水基金属清洗剂的研制

介绍了一种环保型水基金属清洗剂,根据金属表面的特性和油污特征,优化复配了有机生物助洗剂、硼酸钠和复合表面活性剂等主要组分,并试验研究了各组分含量对清洗效率的影响规律。该清洗剂已在某大型车辆厂推广使用,它能代替碱性清洗剂和有机溶剂,有效地进行金属零部件的脱脂清洗、涂装和电镀的前处理,表现出优质、高效、环保等特点,具有实际应用前景。

摩擦喷射复合电沉积MoS_2/Ni镀层结构与性能研究

利用摩擦喷射复合电沉积工艺在钢基材料上制备MoS2/Ni减摩复合镀层,观测分析了镀层形貌结构,并对其性能进行测试。研究表明,MoS2加入到镍镀层后,能显著改善镀层摩擦学性能,相同测试条件下,摩擦因数为同工艺纯镍镀层的1/4,磨损失重也仅为纯镍镀层的13%。复合镀层磨损形式为磨粒磨损,除了有个别较浅、较窄磨痕之外,磨损表面较为光滑,没有出现粘着现象。

磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能

采用磁控溅射工艺,在304不锈钢表面沉积CrNx薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察薄膜形貌,采用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析薄膜的元素组成和化学价态;测试了其接触电阻及耐腐蚀性能。结果表明:薄膜以柱状晶方式生长,主要由Cr2N和Cr组成;在质子交换膜燃料电池电堆的组装力范围内接触电阻降低明显;在模拟电池环境腐蚀溶液中腐蚀电流降低明显,耐腐蚀性能显著增强。

激光强化电刷镀Ni镀层残余应力研究

利用Nd3＋：YAG激光器和电刷镀设备制备了激光强化电刷镀Ni层,采用X-射线衍射法测定了镀层的轴向残余应力,分析了残余应力随镀层厚度变化的情况。结果表明,当镀层δ从10μm增加到200μm时,激光电刷镀Ni层轴向残余应力由压应力逐渐过渡为拉应力,最大值为197 MPa（激光功率300W、镀层δ为200μm）,比普通电刷镀Ni层减小约352 MPa。初步分析了激光强化对电刷镀Ni层的轴向残余应力的影响机理。

两栖车辆系统腐蚀模型及寿命预测技术研究综述

综述了国内外腐蚀模型及腐蚀寿命评估技术的研究现状，描述了两栖车辆系统腐蚀特点，设计了其腐蚀数据库结构组成及数据采集方案，指出了基于两栖车辆系统腐蚀预测模型建立方法。

Al-Mg合金间隙脉冲焊修工艺

针对普通脉冲氩弧焊焊接铝合金存在温度高、热变形大的问题,研发了间隙交流脉冲氩弧焊焊修工艺,并进行了试验,测试分析了堆焊层及热影响区的显微硬度、显微组织以及焊缝上标定点及试板中局部区域的温度场分布。结果表明,热影响区宽度随焊接电流的增大而增大,焊接热量输入也增多。在相同电流条件下,间隙脉冲焊接热量累积较少,热影响区小,晶粒相对细小,硬度值相对较高。与连续脉冲焊接相比,间隙脉冲焊修工艺作用到基体上的能量比较少,相对比较集中,热量累积较少,使整个热影响区的温度上升比较平缓,温度较低,晶粒相对细小,堆焊层及热影响区硬度高。

氮化硅陶瓷崩碎损伤的三维时空演化特征

建立了氮化硅陶瓷的准静态单晶压痕崩碎损伤实验系统,应用声发射三维定位系统实时监测其损伤演化过程,应用三维显微系统观测陶瓷崩口损伤表面形貌,并分析了崩碎损伤过程的临界行为。结果表明:声发射事件的三维实时定位直观反映了陶瓷崩碎损伤过程中材料内部微裂纹的萌生、扩展、成核和贯通的损伤演化过程,其定位结果与陶瓷崩口三维几何形貌具有较好的一致性。陶瓷崩碎曲面主要沿着二次多项式的轨迹向陶瓷表面扩展。陶瓷崩碎损伤具有明显的临界行为,声发射计数率和释能率的变化都符合幂律奇异性规律。

室温成型单相封存涂膜的工艺确定

通过理论分析确定了采用混合溶剂制备单相封存涂膜的选配原则，利用正交试验方法选定了较理 想的混合溶剂体系，实现了单相封存涂膜溶液室温成型的工艺。