超音速火焰喷涂涂层的摩擦磨损性能研究

采用划痕分析和干砂粒/橡胶轮磨损测试,主要研究了超音速火焰喷涂(H igh-Veloc ity-A ir-Fuel,简称HVAF)WC涂层与A l-N i-Cu合金的摩擦磨损性能,并且与电镀硬铬的性能进行了对比。结果表明,HVAF WC涂层和A l-N i-Cu合金都发生微量磨损,而电镀铬层中发生明显的增重,同时导致A l-N i-Cu合金大量磨损。在与A l-N i-Cu合金对磨中,HVAF WC涂层的磨损机理为磨粒磨损,而电镀硬铬为粘着磨损。滚动接触疲劳磨损对涂层均有作用。

铝合金化学镀Ni-P-B的研究

以二甲基胺硼烷(DMAB)为还原剂,在铝合金上获得了化学镀镍低磷低硼镀层,研究了硫酸镍、次磷酸钠、 DMAB、络合剂、pH值和稳定剂对镀层的沉积速度、显微硬度和微观形貌的影响。通过正交实验和单因素实验,确定了最 佳工艺配方为:24 g／L硫酸镍,适量DMAB,12 g／L次磷酸钠,3 mg／L硫脲,30 mL／L络合剂。所获得的化学镀镍镀层中 P、B、Ni的质量分数分别为:1.81％、0.26％和97.93％。该镀层与基体的结合力良好,硬度在550～710HV范围内,在铝 质活塞上应用获得了满意的效果。

离子束辅助中频反应溅射 (Cr,Ti,Al)N薄膜的研究

为了提高工模具的服役性能,采用中频反应溅射,无灯丝离子源辅助的方法沉积了(Cr,Ti,Al)N多元硬质薄膜.分别用电子能谱、X-射线衍射、显微硬度计、划痕仪和干涉显微镜分析了薄膜的成分、相组成、硬度、膜/基结合力及膜层厚度.结果表明:用此法制备的薄膜为含有多相结构的(Cr,Ti,Al)N多元硬质膜,晶粒细小,沉积速率快,显微硬度高达35 GPa,结合强度高度达80 N,综合性能优异.

表面强化300M低合金钢疲劳性能评价及断裂分析

评价了对300M合佥钢2种表面强化技术的疲劳性能。结果表明，HVOF WC／Co，电镀铬涂层和300M基体的疲劳极限强度分别为753．3MPa，600．0MPa和726．7MPa。HVOF WC／Co使基体疲劳寿命提高25％～150％；电镀铬大幅度降低基体的疲劳性能，疲劳寿命降低幅度达70％～95％。疲劳断裂分析表明，三者的主裂纹源均是基体内夹杂物质。电镀铬中的裂纹穿过界面并向基体中扩展，加快了裂纹源的形成和裂纹的扩展，而HVOF WC／Co涂层中的裂纹在经过界面时偏转向沿界面方向，这对裂纹源的形成和主裂纹的扩展没有影响。

等离子喷涂制备的ZrSiO_4陶瓷涂层性能的研究

采用等离子喷涂工艺制备的ZrSiO4/NiCr涂层与基材结合良好,涂层致密;ZrSiO4涂层主要由ZrO2基体相和SiO2相组成,SiO2组元比较均匀地分布在ZrO2基体相中.ZrSiO4涂层的硬度为HRC50～55.ZrSiO4/NiCr涂层的抗热震性能优于ZrSiO4/Ni-Al涂层及ZrSiO4涂层,ZrSiO4/NiCr涂层能够承爱热冲击作用而不发生涂层自基体表面剥落.ZrSiO4/NiCr涂层具有很好的抗熔融金属(锌与铝)热腐蚀的性能.

表面工程应用实例

【例21】 等离子喷涂陶瓷涂层在印刷设备网纹辊制造中的应用 柔版印刷机上的网纹辊，原制造工艺是对辊表面镀铜后机械雕刻再镀硬铬，使用寿命短，影响印刷质量。经试验研究，采用等离子喷涂高质量陶瓷涂层，再用激光雕刻技术雕出需要的网孔，辊寿命可提高3倍以上，已形成大批量生产。

表面工程应用实例 [例19] 低温超音速喷涂碳化钨在造纸设备瓦楞辊再制造中的应用

低温超音速喷涂技术具有喷涂火焰和粉末粒子温度低(﹤1 400℃),粒子速度高(﹥800 m/s)的特点。瓦楞辊是瓦楞纸生产线核心部件,原制造工艺是对辊表面氮化或电镀硬铬。

不同热喷涂技术制备镍基涂层的摩擦磨损性能

利用超音速火焰喷涂技术和低压等离子喷涂技术,在铜基体上制备镍基涂层,研究涂层在室温下的摩擦磨损特性,探讨涂层的磨损机理。结果表明,HVAF制备的镍基涂层具有较好的耐磨性,主要原因是在涂层中存在Ni3B、M23C6、M7C3等硬质相,其磨损机理为磨粒磨损,而低压等离子喷涂技术制备的镍基涂层组织出现大量的非晶态,硬度低,磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的综合作用,并以疲劳磨损为主。

超音速火焰喷涂及封孔处理对低合金钢抗中性盐雾腐蚀性能的影响

通过电化学极化测试和中性盐雾试验,研究了300M低合金钢上空气助燃的超音速火焰喷涂(HVAF)WC/17Co、WC/10Co4Cr涂层及硅氟树脂封孔处理后的抗腐蚀性能,并和电镀硬铬(EHC)的性能进行对比。中性NaCl溶液电化学极化测试结果表明,涂层处理明显提高了低合金钢的腐蚀电位。400h中性盐雾腐蚀结果表明,基体和涂层处理后抗腐蚀顺序依次为WC/10Co4Cr+封孔>WC/10Co4Cr>EHC>WC/17Co+封孔>WC/17Co>基体。腐蚀后的SEM观察发现,腐蚀介质先腐蚀涂层中的粘结相,当其扩散到基材表面则优先腐蚀基体。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的氧化动力学

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层在900、1000和1100℃下恒温氧化200h的氧化动力学规律。通过表面XRD和SEM分析,初步探讨了氧化动力学规律与氧化产物的关系。结果表明:900℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合对数规律,氧化产物主要为θ-Al2O3相;1000℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合抛物线规律,氧化产物主要是θ-Al2O3和α-Al2O3相的混合物;1100℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化符合立方规律,氧化产物主要是α-Al2O3相。根据实验结果经计算得到NiCoCrAlYTa涂层氧化过程中θ-Al2O3的形成激活能为151.78kJ/mol,α-Al2O3的形成激活能为270.25kJ/mol。

Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料/Cu钎焊接头界面反应

研究了长时间再流焊条件下,在粉状Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒增强质点(复合钎料)对Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面反应的影响。结果表明,在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒,可有效降低Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面金属间化合物(IMC)的生长速度,从而减小界面IMC层的厚度,减少IMC层内的柯肯达尔(Kirkendall)缺陷;IMC层的厚度随再流焊时间的增加而增加,随Cu颗粒加入量的增加而减小。在现试验条件下,IMC层由Cu-Zn金属间化合物组成,未检测到Cu-Sn金属间化合物的存在。

300M钢超音速火焰喷涂WC/17Co涂层的疲劳性能

夹杂物尺寸对超高强结构钢的疲劳寿命有明显影响。疲劳断口分析表明,300M超高强钢中的疲劳裂纹源主要由其中的夹杂物所造成。而超音速火焰喷涂WC/17Co处理后300M钢裂纹源全部来自于基体中的夹杂,夹杂组成均为Al2O3.xCaO.ySiO2。分别采用统计极值法和广义Pareto分布对不同质量300M钢中的最大夹杂物进行估计,与实际疲劳断裂的最大夹杂物尺寸进行对比,并对不同质量300M钢的疲劳极限进行估算。HVAF处理使300M钢中次表面的残余压应力增大,对抑制裂纹萌生和扩展有利。试验结果表明,在低载荷下HVAF提高了基体疲劳寿命,而在高载荷下由于压应力作用有限,以及喷砂氧化铝对300M钢表面造成损伤带来负面作用而降低300M钢的疲劳寿命。

近疲劳强度载荷下WC/Co涂层对300M钢疲劳性能的影响

研究了在近疲劳强度栽荷下超音速火焰喷涂WC／Co涂层和电镀铬层对300M低合金钢疲劳性能的影响。结果表明：WC／Co涂层、电镀铬层试样和300M钢基体的疲劳强度分别为753,600和720 MPa。在近疲劳强度载荷下,WC／Co涂层试样的疲劳寿命分别为基体和电镀铬层试样的1．5～2和5～10倍。三者的主裂纹源均为基体内部的Al_2O_3和SiO_2夹杂物。电镀铬层中的次裂纹穿过界面并向基体中扩展,在基体表面形成新的次裂纹源,加快了基体中主裂纹源的形成和主裂纹的扩展；而WC／Co涂层中的次裂纹经过界面时向界面方向偏转,形成无支撑涂层,并最终使涂层剥落。

Sn-9Zn钎料与内加Cu质点和Cu基体界面生长行为

在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu金属质点,研究在长时间钎焊条件下钎料/Cu质点、钎料/Cu基体界面金属间化合物(IMCs)的生长行为。结果表明:在钎料/Cu质点和钎料/Cu基体界面处都生成Cu-Zn相(IMCs),其组成为Cu5Zn8+CuZn或Cu5Zn8,而且钎料/质点界面处IMCs的生长速度明显快于钎料/基体处;同时发现,Cu质点的加入大大减小了钎料/Cu基体界面IMCs的厚度。由于Cu质点原位生成Cu-Zn IMCs,消耗了焊点中的Zn,因此Sn-9Zn/Cu接头的可靠性得以提高。

等离子喷涂技术在固体氧化物燃料电池中的应用

介绍了等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池(SOFC)中的电解质、阴阳极及其功能组件的研究进展,分析了其中的关键技术.研究表明:采用等离子喷涂,通过选择适当的粉末原料,工艺优化和改进送粉方式,可以得到满足SOFC要求的致密电解质,多孔阴极和阳极.三者的厚度均为30～50 μm,SOFC总厚度低于100～120μm,可以将固体氧化物燃料电池的运行温度降低到中温800℃下的范围,降低电池运行温度,从而降低了对相关材料的要求和运行成本.

热处理态NiCoCrAlY涂层的抗中性盐雾腐蚀性能

通过500 h中性盐雾试验研究了在低膨胀高温合金GH907上低压等离子喷涂(LPPS)的NiCoCrAlY涂层在热处理后的抗腐蚀性能,并与热处理态的LPPS制备的NiCr涂层的抗腐蚀性能进行了对比。结果表明,盐雾腐蚀500 h后,NiCoCrAlY涂层在扫描电镜下可以看到几个无破坏性作用的腐蚀坑,涂层表面仍保持较好的完整性和光洁性,对腐蚀产物的EDS面扫描表明腐蚀产物主要为Al的氧化物,涂层的腐蚀保护等级仅下降到9级;而NiCr涂层的表面出现了较多的腐蚀斑点,涂层的完整性和均匀性均已经被破坏,涂层表面产生了腐蚀裂纹,其腐蚀等级下降到4级。EDS分析表明腐蚀产物主要为Ni、Fe、Co等的氧化物。对比结果表明,NiCoCrAlY涂层表现出比NiCr涂层更强的抗中性盐雾腐蚀性能。

纳米涂层应用及主要制备方法

介绍了纳米涂层的主要应用方面 ,概括介绍了目前常用的纳米涂层的制备方法 ,包括刷涂、热喷涂法、化学气相沉积、物理气相沉积、等离子化学气相沉积、溶胶 凝胶法等。

三种不同Cr/Al/Ti元素比例的电弧离子镀（Cr/Al/Ti）N膜耐高温氧化性能的比较

用常用的Ti0.33Al0.67靶和Ti0.l50Al0.50靶以及Cr靶，在M2高速钢基体上镀制了三种不同Cr/Al/Ti比例的（Cr,Al,Ti）N涂层。比较了其硬度、结合力；测试了其抗800℃12小时以及900℃1小时氧化性能。结果表明，Cr/Al/Ti为0.55/0.27/0.16的涂层具有更高的硬度，更好的耐高温氧化性能。而结合力基本上没有差别。