预置氢对Ti(0001)表面氮原子吸附影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了氮原子在Ti(0001)表面及次表面的吸附性质随覆盖率的变化规律,以及预吸附氢对表面氮原子吸附的影响。吸附能和表面电子结构的分析结果表明,N原子在Ti(0001)表面最稳定吸附位是hcp位,其次是fcc位;在次表面最稳定吸附位是oct位,其次是tetra位;N原子与基体Ti原子的成键及吸附能与覆盖度之间存在强烈的依赖关系,随着覆盖度的增加,键强增加,吸附能降低。在Ti(0001)次表面的oct位预置1个氢原子,次表面的H1s轨道与N2p及Ti3d轨道产生杂化,导致表面电子结构及吸附能发生变化,与未预置氢表面相比,吸附能增加,表面扩散能垒降低。

有关材料表面工程技术分类的商榷

材料表面科学和工程已形成一个庞大而独立的知识体系,为了对该知识体系有一个全面而清晰的了解,需要对其进行分类。参考众多有关材料表面工程技术书籍中的分类,提出了一种比较简明而清晰的分类法。

Ti-6Al-4V表面双层辉光离子渗Cr研究

利用双层辉光离子渗金属技术,在Ti-6Al-4V的表面渗入Cr元素,形成Ti-Cr阻燃合金层。系统地研究了温度、保温时间、源极电压、工件电压、极间距等工艺参数对渗层显微组织、成分及厚度的影响,得出了合理的工艺参数。870℃渗Cr 2 h,渗层厚度可达到60μm以上。阻燃合金层的成分呈梯度分布,显微组织为基体组织加少量弥散分布的Cr2Ti金属间化合物。初步阻燃试验证明,渗Cr合金层起到了预期的阻燃效果。

改善钢铁材料摩擦学行为的表面织构研究现状

钢铁材料广泛应用于诸多工程领域,但其耐磨性差,源于材料表面的摩擦会引起磨损损伤、阻力大、噪声污染等问题,从而导致材料损伤或失效,影响部件局部或整体的正常使用。在材料表面形成表面织构可有效实现减摩/抗磨、减阻、降噪的效果,从而达到改善钢铁材料摩擦学行为的目的。综述了表面织构在改善钢铁材料摩擦学行为方面的研究现状,对钢铁材料表面减摩/抗磨、减阻和降噪表面织构的设计与研究进行了分析与比较,简要阐述了相关机理。干摩擦和润滑条件下,表面织构通过发挥捕捉磨屑、储存润滑剂、流体动压润滑的作用来实现减摩/抗磨;与流体和空气摩擦时,表面织构通过产生二次涡达到减小表面与流体/空气接触面积等作用实现减阻和降噪。最后,展望了能够改善钢铁材料摩擦学行为的表面织构的相关研究思路和方法。

钛合金表面双层辉光离子无氢渗碳层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光放电离子渗碳原理，以格栅状高纯度固体石墨作为源极，钛合金作为阴极，氩气作为工作气体，依靠辉光放电和空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)材料表面制备了具有特殊物理、化学性能的渗碳层；采用X射线衍射和辉光放电光谱分析了渗碳层的相组成及C元素分布；并考察了渗层的摩擦磨损性能．结果表明：复合渗碳层中形成了高硬相TiC及游离态C减摩相；渗层内C元素的含量呈梯度分布；经复合渗碳处理后材料的表面硬度大幅度提高，由表及里硬度成梯度降低；经渗碳处理后材料的减摩和抗磨性能显著改善，摩擦系数降低50％以上，比磨损率降低3个以上数量级．

碳钢表面氮化钛陶瓷化研究

介绍了一种在Q2 35钢表面,利用等离子溅射直接复合渗镀合成氮化钛新工艺方法。该渗镀层包括钢基体上均匀分布细小氮化钛颗粒的渗层和表面氮化钛沉积层。沉积层与基体为冶金结合,不会产生剥落。渗镀层表面硬度在1 6 0 0～340 0HV之间。X射线衍射结果表明,表面为纯氮化钛层,(2 0 0 )晶面的衍射峰最强,具有明显的择尤取向。用划痕仪进行结合强度检测,声发射曲线未见突起的信号峰值,表明结合强度良好。复合渗镀氮化钛试样在1 0 %硫酸、5 %盐酸、3. 5 %氯化钠水溶液和硫化氢富液中进行腐蚀试验,耐腐蚀性能分别比改性前提高了84、1 1 6 7、1 1 5、2 1 1 5倍。

不锈钢表面渗铜扩散复合处理合金层的抗菌性能研究

采用等离子表面合金化及辉光轰击热扩散复合处理技术在不锈钢表面进行了铜合金化处理.利用薄膜密贴法对改性层的抗菌性能进行了测试.通过扫描电子显微镜(SEM)、辉光放电光谱分析仪(GDOES)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,研究了铜合金层的微观组织、化学成分分布及抗菌前后表面铜的价态变化.结果表明,铜合金层对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)都展现了优良抗菌性能;合金层表面铜约为5.7wt%,合金层厚度约2.7μm;表面铜合金化不锈钢与菌液接触后,不锈钢表面的铜元素以铜离子析出,并且与试验菌种发生作用,杀灭试验细菌.

等离子Mo-Cr共渗表面高速钢层的研究

在20钢表面进行等离子Mo-Cr共渗及等离子超饱和渗碳复合处理,合金层接近钼系高速钢成分。表面Mo含量达到12%左右,Cr含量达到4%左右。等离子渗碳合金层表面含碳量达到2.0%以上,超过了平衡碳的计算值。经X–射线衍射分析,碳化物主要类型为M23C6、M7C3、M6C型,尺寸1ìm左右。试样经随后淬火+低温回火和淬火+深冷处理(-196℃)+低温回火两种工艺,使表面高速钢层获得马氏体基体上均匀分布的细小弥散的碳化物组织,没有粗大的共晶莱氏体碳化物。经深冷处理的试样表面硬度达到1600HV,明显高于未经过深冷处理工艺的高速钢层表面硬度(1000HV左右)。用WTM-1E球盘式摩擦磨损试验仪,进行摩擦磨损试验。结果表明:经等离子复合处理的表面高速钢层,与渗碳淬火及低温回火的试样对比,摩擦因数减小,仅有0.07～0.08。

304不锈钢表面Mo合金化改性层组织结构及耐磨性研究

目的提高304不锈钢表面耐磨性能。方法利用双辉等离子合金化技术,使304不锈钢表面形成Mo合金化渗层。分析渗层的成分分布和相结构,对比基体材料和Mo合金化改性层的硬度、磨痕形貌和摩擦磨损性能。结果所制备的Mo合金化渗层均匀致密,厚9.6μm,主要由纯Mo相构成。合金化元素Mo在渗层中从基体表面到内部呈梯度分布,表面显微硬度值达806HV0.05。在干摩擦条件下,Mo合金化渗层的比磨损率仅为304不锈钢基体的1/84,使材料的抗磨损性能得到明显改善。结论双辉等离子Mo合金化能够有效改善304不锈钢的抗磨损性能。

Ti6Al4V表面双层辉光离子渗Mo及其摩擦学性能的研究

利用双层辉光离子渗金属技术在Ti6Al4V合金表面渗Mo,用球-盘磨损试验机对试样的摩擦性能进行了研究.结果表明:Ti6Al4V合金表面渗Mo可以形成均匀的表面改性合金层,合金层由沉积层和扩散层构成;合金层的硬度和弹性模量分别为10.86GPa和278.84GPa,较Ti6Al4V有较大提高;渗Mo后的试样在干摩擦小滑动距离下表现出一定的减摩作用,耐磨性明显增强;在油润滑条件下,渗Mo改性层具有优异的减摩和耐磨性能.

钛合金表面双层辉光离子渗铝的研究

利用双层辉光渗金属技术,以铝为源极、TC4(Ti-6Al-4V)为阴极、氩气为工作气体,依靠辉光放电和不等电位空心阴极效应在TC4表面形成合金层。采用X射线衍射和辉光放电光谱分析了合金层的相组成及渗层内Al元素的分布,并对其进行硬度测试。结果表明:渗层由Ti3Al和α-Ti组成;铝的含量可达18%;渗层厚度可达13滋m;其硬度比经渗铝处理后的有了较大程度的提高。

镁合金表面加弧辉光离子渗镀Ti的腐蚀性能研究(英文)

加弧辉光离子渗镀技术将辉光放电与弧光放电有机地结合起来,利用辉光放电空心阴极效应使工件迅速升温,同时在真空容器壁上设置一个或多个金属阴极电弧靶源,利用真空电弧放电而不断地发射出高能量、高电流密度、高离化率的欲渗金属离子流,依靠扩散和离子轰击作用快速渗入工件表面层,在工件表面可以形成渗层、镀层、渗镀结合层。在实验条件下对镁合金AZ91表面渗镀了Ti,采用极化曲线测试和盐雾实验分析了处理后材料的腐蚀行为,用扫描电镜(SEM)分析了Ti镀膜的表面形貌,用电子衍射光谱(EDS)和辉光放电光谱仪(GDS)分析了表面化学成分分布。结果表明渗镀Ti显著提高了AZ91的耐腐蚀性。

等离子表面复合渗合金层碳化物相的研究

利用等离子表面合金化技术 ,在碳钢表面进行W、Mo、C共渗 ,共渗合金层中W当量质量分数超过 10 % ,含碳量超过平衡碳计算值 ,碳饱和度达 1 6以上 ,约是一般冶金高速钢碳饱和度的两倍。用X射线衍射分析了共渗合金层中碳化物的结构类型 ;用电子探针进行微区成分分析 ,测定碳化物的成分 ,并计算了碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比。结果表明 ,共渗合金层中的碳化物主要是由合金元素W、Mo和C形成的M6 C型碳化物及少量的M2 C型碳化物。M6 C型碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比为 1 6～ 3 2∶1平均为 2 4。与一般冶金低合金高速钢中的合金元素与碳原子比相比较 ,范围窄 ,且偏低。

钛合金表面加弧辉光离子无氢渗碳层的摩擦磨损性能研究

利用加弧辉光离子无氢渗碳技术对Ti6Al4V合金表面进行渗碳处理;用球-盘摩擦磨损试验机考察了渗碳改性层的摩擦磨损性能.结果表明:Ti6Al4V合金表面经离子无氢渗碳处理后形成的表面改性层均匀;改性层的显微硬度同Ti6Al4V合金相比大幅提高,达到936HV;渗碳后的试样在干摩擦滑动距离较小的情况下表现出良好的减摩作用,耐磨性能也显著增强.

不锈钢表面等离子复合处理提高耐磨性的研究

对粉碎食品用胶体磨中的由9Cr18、3Cr13不锈钢制造的转子和定子,首先进行等离子WMo共渗,然后进行表面等离子超饱和渗碳,并直接进行高压气体淬火、真空低温回火处理的等离子复合处理技术,提高了转子和定子的表面硬度和耐磨性,延长了使用寿命。结果表明,不锈钢表面合金层W、Mo含量(质量分数,下同)分别达到20%和10%以上。经等离子超饱和渗碳后,表面碳浓度达到2.4%～2.6%。高压气体淬火和低温回火后的表面硬度达到64HRC～66HRC。合金层组织为马氏体基体上分布着细小、均匀的碳化物。淬火后的基体硬度为53HRC～55HRC。基体高的强韧性和适当的硬度配合,表面高的硬度和耐磨的组织,使转子和定子寿命由过去只进行真空淬火和空气炉中回火工艺处理的6～10天,提高到50天以上。

H13钢表面电火花沉积钼涂层的摩擦磨损特性研究

在H13钢表面电火花沉积钼合金涂层,研究了其组织结构及摩擦磨损特性。结果表明,钼合金涂层由白亮层、扩散层和热影响区组成;钼元素与基体元素相互扩散形成冶金结合;合金层的显微硬度(约为1482HK0.025)较H13钢(280HK0.025)提高5倍左右;电火花沉积Mo合金层后摩擦系数明显降低,磨损质量损失仅为基材的1/7,抗磨性能显著提高。

25Cr2Mo2V基表面硬化层摩擦磨损性能的研究

研究了25Cr2Mo2V基表面时效高速钢时效后表面硬化层的相组成及硬化层的摩擦磨损性能。X-射线衍射分析结果,表层为低碳马氏体基体及其上分布的析出相,这些析出相有金属间化合物,也有碳化物,表明25Cr2Mo2V基表面时效高速钢的强化是金属间化合物和碳化物的混合强化。磨损试验结果表明,表面时效硬化高速钢在不同载荷下,磨损量随载荷的加大而增大。进入稳定磨损期在75ON载荷下的磨损率为0.000 3g／km,1 25ON下磨损率也仅为0.000 4g／km,M2高速钢在75ON载荷下在相同的磨损条件下的磨损量为0.006 12g／km。表面时效硬化高速钢与GCr15配副在润滑条件下的摩擦因数介于0.01至0.025之间。磨损形貌观察显示,磨痕随载荷增大而加深,但在所有载荷情况下产生的犁沟都非常浅,且没有撕裂和疲劳裂纹。

热氧化提高钛及钛合金表面性能的研究进展

热氧化作为一种引起广泛关注的钛及钛合金表面改性技术,具有工艺简单、原位生长、薄膜厚度大以及性价比高等特点。通过热氧化表面处理技术能够在钛及钛合金表面形成较厚的由钛氧化层和氧的扩散层组成的硬质氧化膜,氧化膜对材料起到有效的保护作用,提高了材料单一耐磨性、耐蚀性以及生物活性或综合表面性能。从热氧化工艺原理及其对钛及钛合金表面性能影响的角度,综述了热氧化对钛及钛合金表面硬度、耐磨性、耐蚀性、生物相容性等性能影响的研究进展,并对其以后的研究方向进行了展望。通过合理控制氧化温度、氧化时间、氧化气氛及冷却方式等工艺条件,从而得到连续、致密且疲劳性能较好的金红石型TiO_2和氧的扩散层是改善钛及钛合金性能的关键。将热氧化处理与其他工艺相结合,针对性地提高膜层厚度及材料的耐磨性、耐蚀性、生物性能等,以实现复合涂层的制备将是热氧化在钛及钛合金性能改善方面的研究方向。

H13钢表面电火花改性及其耐蚀性能研究

利用电火花表面强化技术,在H13钢表面制备钛改性层,借助图像分析仪、辉光放电光谱分析仪(GDOES)和X射线衍射仪对改性层组织结构进行分析,并借助多重扫描电位法研究其耐腐蚀性能。结果表明,改性层均匀连续,与基体为冶金结合,Ti元素呈梯度分布;与H13钢基材相比,改性层在0.6mol/L的NaCl溶液中的自腐蚀电位约为-371mV,较基材的-472mV有大幅提高;在0.5mol/L的硫酸溶液中的耐蚀性也相应得到改善。