离子氮碳氧三元共渗对45钢耐蚀耐磨性能的影响与机理研究

研究选择45钢为原材料,分别采用绿色环保离子氮碳氧三元共渗技术(Plasma oxynitrocarburising,PNCO)和传统淬火-抛光-淬火技术(Quench-polish-quench,QPQ)进行表面改性,并利用SEM,XRD,摩擦磨损试验机,浸泡腐蚀实验对比分析2种方法的改性效果,包括截面显微组织、表面形貌、物相、耐磨性和耐蚀性。结果表明,PNCO处理后,获得了与QPQ处理相同的多层次渗层结构,由表层1~2μm氧化膜及次表层化合物层和有效硬化层构成,且PNCO处理后表面氧化膜成纳米结构,化合物层比QPQ更加致密。同时,PNCO处理后,磨损率和腐蚀失重率分别为1.39 mg/(N·m)和0.39%,耐磨耐蚀性均略优于QPQ,为研究绿色高效高性能表面改性技术提供了可行的研究方向。

石墨烯/聚氨酯复合材料的合成及表征

用Hummers方法成功制备了氧化石墨烯,并对其进行异氰酸酯化改性,最后将改性石墨烯掺杂入由甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚乙二醇-600(PEG-600)制备的薄膜之中,得到石墨烯/聚氨酯杂化材料。采用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和扫描电镜对杂化材料的结构和性能进行表征,并研究了杂化材料的水接触角及耐酸性能。结果表明,异氰酸酯成功与石墨烯的羟基或羧基反应,增加了氧化石墨烯的不规整性及单片层率。未掺杂氧化石墨烯的聚氨酯薄膜自身水接触角为126°,平衡水含量接近40%。当氧化石墨烯掺杂量为1.5%(质量分数)时,水接触角减小至80°,平衡水含量降至30%,具有"阻路效应"。此薄膜在稀盐酸中浸泡7 d后,其质量损失仅为2.5%。

等离子喷涂WC-12Co涂层表面-界面性能

采用等离子喷涂工艺在H13热作模具钢表面制备了WC-12Co涂层,通过SEM、EDS和XRD等手段分析了试样表面-界面形貌、面能谱和物相组成,并通过磨损试验考察了其摩擦性能。结果表明,WC-12Co涂层主要成分是WC硬质相,均匀分布在涂层中,没有出现富集现象,具有良好的硬度和耐磨性能;在喷涂过程中没出现W_3O,涂层具有较好的抗氧化能力;涂层厚度约为400μm,结合界面为机械结合+局部微冶金结合方式;WC-12Co涂层其摩擦系数约为0.399,表现出良好的减摩性能和抗磨损能力;磨痕处化学元素分布较为均匀,在周期性碾压力作用下涂层在片状衔接部位结合力较弱处诱发裂纹,出现WC和Co开裂的失效现象。

连续热浸镀Zn-Al合金镀层表面龟纹研究

连续热浸镀锌常在锌浴中添加Al元素,以获得所需的镀层,满足工业应用。当Al含量在一定量的范围内,镀层表面出现"龟纹"(网格状)现象,影响镀层表面质量。在锌锅Al的质量分数(名义成分)为2.2%、2.4%、3.3%、4.2%、4.8%和5.2%时,连续热浸镀层均出现了龟纹。通过光学显微镜、扫描电镜能谱仪对出现龟纹的Zn-Al合金镀层表面形貌、成分和截面微观组织进行了分析。结果表明:树枝晶η-Zn相的形核和长大是形成宏观上龟纹结构的主要因素;Al含量的变化直接影响龟纹的大小,Al含量越低,龟纹越明显,Zn-2.2%Al镀层的龟纹最明显;龟纹区显微组织呈现明显地凹凸不平,其中Zn-4.8%Al龟纹区域相对比较平坦,龟纹最不明显。

海洋平台用S355钢表面电弧喷涂Al涂层组织及性能

利用电弧喷涂工艺在S355钢表面进行了喷涂Al涂层,通过SEM、EDS、XRD对试样表面-界面进行了形貌、物相、面扫描和线扫描分析。用能谱面扫描观察了涂层表面化学元素分布状态,并结合界面的能谱面扫描和线扫描分析,讨论了涂层与基体的结合机理。采用质量分数为3.5%Na Cl溶液进行了电化学性能测试,检验了Al涂层的耐腐蚀性能。结果表明,电弧喷涂Al涂层在S355基体表面形成均匀、致密、结合良好的Al涂层,其物相为纯Al和α-(Al Fe),其中α-(Al Fe)出现在扩散层;Al和O元素在涂层表面形成富集区,形成致密氧化膜对Al涂层进行保护;Al元素在结合界面形成富集层,其原子浓度发生阶梯过渡变化,在扩散层中发生Fe-Al化合反应,形成冶金结合方式;Al涂层极化曲线发生正向移动,耐腐蚀性较好,对S355钢基体起到了保护作用。

成型位置对硬质合金数控刀片微结构的影响

以数控刀片SPMT120408-PM为对象,通过扫描电镜与电子背散射衍射技术,研究成型位置(刀尖与中性层)对合金内部微结构的影响。研究结果显示,成型位置对碳化钨(WC)颗粒形貌无明显影响,对粒度分布、∑2晶界、Co相类型影响显著。其成型位置刀尖的WC当量粒径分布宽度显著大于中性层,中性层粒度更均匀且亚晶比例更高。刀尖与中性层重位点阵(CSL点阵)晶界均以∑2晶界为主,且刀尖∑2晶界长度百分比显著高于中性层。此外,成型位置影响高温稳定相fcc-Co向低温稳定相hcp-Co的转变,刀尖以fcc-Co与hcp-Co两相混合为主,中性层以hcp-Co为主。

AA/PTA单体比例对PBAT共聚酯性能的影响

以己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)和1,4-丁二醇(BDO)为原料,钛酸四丁酯为催化剂,采用先酯化后缩聚的两步聚合法制备了一系列聚(己二酸/对苯二甲酸丁二醇)(PBAT)共聚酯。研究己二酸与对苯二甲酸不同摩尔比对合成共聚酯的结构、热性能和弹性性能的影响。FTIR和NMR测试结果表明本实验成功合成了PBAT共聚酯。GPC测试结果表明共聚酯的重均分子量(M_w)在41000~142000之间,测试结果与特性黏度具有一致性。DSC测试结果表明随己二酸含量的增加,共聚酯的熔融温度和结晶温度逐渐降低;WXRD测试结果表明随着己二酸含量的不断增加,共聚酯的晶型结构逐渐由PBA转变为PBT;DMA结果表明玻璃化转变温度(T_g)基本呈不断降低的趋势;TGA结果表明PBAT共聚酯的初始分解温度随对苯二甲酸含量的增加向高温区移动,而在高温段共聚酯的热稳定性接近。拉伸结果表明,AA/PTA比例的变化显著影响共聚酯的力学弹性,PBAT7:3具有最大的断裂伸长率,而PBAT3:7则表现为强而韧的拉伸特性。

Zn-Ni-Ti热浸镀层组织及其耐蚀性

将Q235钢在450℃的Zn-Ni-Ti合金中热浸镀0.5~5 min,研究了锌池中添加0.03%~0.06%Ni和0.02%~0.04%Ti对含硅结构钢热浸镀锌层组织的影响。并通过电化学方法测试了Zn-Ni-Ti合金及其镀层在10%Na Cl溶液中的耐蚀性。研究发现,锌池中同时添加0.03%~0.05%Ni和0.02%~0.03%Ti可有效抑制Q235钢热浸镀锌时的硅反应性,合金层厚度明显减薄,其生长主要受扩散控制。而且不会形成大量的三元化合物渣滓。实验证实,添加微量Ni和Ti后,提高了锌合金及其镀层的耐蚀性。但当添加0.05%Ni＋0.04%Ti时,镀层表面质量下降,还会形成较多的溶解了约1.0%Ni的Zn-Fe-Ti三元化合物。

阴极弧离子镀AlCrN涂层高温氧化后XPS分析

采用阴极弧离子镀方法在Ti C基金属陶瓷刀具表面沉积了Al Cr N涂层,进行了900℃下2 h高温氧化试验。通过SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析了Al Cr N涂层高温氧化前后表面形貌、元素组成、物相组成及元素结合能,并讨论了Al Cr N涂层高温氧化及失效机理。结果表明,氧化前Al Cr N涂层由Al N、Cr N和Cr2N物相组成,其中Cr N表现出(200)的择优取向,氧化后其物相转变为抗高温的Al2O3、Cr3O4和Ti4O3氧化物;氧化前Al Cr N涂层中Al和N以Al—N键、Cr和N以Cr—N键存在,氧化后Al与O以Al—O键、Cr与O以Cr—O键方式存在,在涂层-基体结合界面处形成了致密的扩散层。

激光淬火后Cr12MoV钢渗硼层界面形貌与能谱分析

利用热浸渗法对Cr12Mo V冷作模具钢进行渗硼处理,通过激光淬火对渗硼层进行了强化处理,用SEM、EDS、XRD对渗硼层表面-界面形貌、化学元素分布和物相进行表征,分析了激光淬火对渗硼层组织和性能的影响。结果表明,激光淬火后Cr12Mo V钢渗硼层表面孔洞减少,降低了剥落的可能性;激光淬火后渗硼层产生了Fe-Cr化合物和Fe2B新相,仍以Fe B相为主,有利于减少渗硼层脆性;元素未发生大量扩散,富碳层仍然存在,但组织得到细化,韧性和强度有所提高;激光淬火时孔洞中Si元素溶于奥氏体中,分布更均匀,Cr与Fe结合增强了渗硼层结合强度。

激光热处理对X80管线钢焊接接头疲劳性能的影响

利用CO2激光器对X80管线钢焊接接头进行表面热处理,通过拉伸疲劳对比试验,用罗卡提法求出激光热处理前后X80管线钢焊接接头的疲劳极限。采用扫描电镜和金相显微镜分析激光热处理前后X80管线钢焊接接头的组织与断口形貌,通过X射线衍射仪分析了激光热处理前后X80管线钢焊接接头的残余应力及残留奥氏体,并对激光热处理提高抗疲劳断裂机理进行了探讨。结果表明,激光热处理在试样表面形成强化层,使X80管线钢焊接接头疲劳强度由542 MPa提高到604 MPa,提高了11.4%;原始状态下试样疲劳裂纹源起始于试样表面,经激光热处理后试样疲劳裂纹源转移至次表层;残留奥氏体增加、强化层晶粒细化和残余压应力场是提高疲劳强度的主要机制。

T型ECAP变形纯铝微观组织与力学性能研究

在室温下对工业纯铝进行T型等通道挤压变形(T-ECAP),研究了挤压速度(5、12、60、120、180mm/min)和挤压道次(1道次、2道次、4道次)对纯铝微观组织与力学性能的影响。结果表明:不同挤压速度下,1道次挤压变形可以将晶粒细化到1μm以下,但是微观组织存在不均匀性;随着挤压道次的增加,晶粒逐渐细化,4道次时晶粒大小为350nm。在试样的纵向中心位置,显微硬度呈现"两端高,中间低"的漏斗状分布;随着挤压道次的增加,漏斗状的硬度分布逐渐减弱,4道次挤压变形后,硬度逐渐趋于均匀。挤压速度180mm/min时,拉伸强度呈现反常的Hall-Petch关系。随着挤压道次的增加,伸长率逐渐增大,2道次挤压变形后,拉伸强度趋于平稳。

激光热处理对1Cr5Mo钢焊接接头慢拉伸性能的影响

利用CO2激光对1Cr5Mo耐热钢焊接接头进行表面热处理,通过慢应变速率试验研究激光热处理对其在NACE溶液中应力腐蚀开裂敏感性的影响。利用扫描电镜分析了激光热处理前后焊接接头断口形貌和腐蚀物化学成分组成,探讨了扫描速度对焊接接头应力腐蚀性能的影响机理。结果表明,激光热处理后焊接接头抗应力腐蚀性提高,腐蚀敏感性指数由33.9%下降到23%;激光扫描速度对1Cr5Mo耐热钢焊接接头应力腐蚀性能有一定的影响,其中扫描速度为400 mm/min时应力腐蚀敏感指数最小。

退火温度对共晶和单相Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金显微组织及硬度的影响

采用电弧熔炼法制备了4个铸态为FCC+B2共晶组织和B2单相的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金,分析了其相变点,并研究了600,800,1000℃下真空退火10 d对这些合金显微组织及硬度的影响。研究表明:AlCoCrFeNi_(2.1)和Al_(0.75)Co_(1.25)CrFeNi合金的共晶反应温度分别为1344℃和1359℃。600~1000℃退火10 d对AlCoCrFeNi_(2.1)高熵合金的显微组织无明显影响;而随着退火温度的增加,Al_(0.75)Co_(1.25)CrFeNi合金中共晶组织的两相层片间距增加。随着Al含量的增加,Al_(x)Co_(2-x)CrFeNi合金的B2相稳定性增加,合金的固相线温度明显升高,显微硬度也明显增加。铸态为B2单相的AlCoCrFeNi合金加热到605.7℃以上会转变为组织细小的FCC+B2+σ三相;继续加热到906.8℃以上,σ相消失,FCC相呈大块状分布。而Al_(1.75)Co_(0.25)CrFeNi合金需要加热到982.4℃以上才会分解为两种不同成分的B2相。实验发现:退火温度越高,合金的显微硬度越低,这些合金在800℃以下都具有较高的硬度。

阳极氧化对7475铝合金疲劳性能和断口形貌的影响

利用阳极氧化对7475铝合金进行表面改性处理,通过拉伸疲劳试验,用罗卡提法求出阳极氧化前后7475铝合金的疲劳极限。采用SEM、XRD等手段对阳极氧化前后7475铝合金的断口形貌和组成物相进行了分析,并对阳极氧化前后7475铝合金疲劳断裂机理进行了探讨。结果表明,阳极氧化膜主要是由γ-Al2O3和α-Al2O3组成,膜层越厚,α-Al2O3相含量越多;氧化膜降低了铝合金的疲劳性能,与原始试样相比,膜层厚度为6、8和10μm的试样疲劳极限分别下降了3.2%、3.9%和4.5%;氧化膜在基体原位生长,在界面处基体中产生的残留拉应力促进了疲劳源的萌生,使铝合金的疲劳性能有所降低。

链轮用40Cr钢温挤压精密成型热力模拟试验

利用Gleeble3800型热力模拟试验机对40Cr试样进行热压缩试验,得到不同温度和应变速率下的应力-应变曲线。用XRD、SEM和OM对热压缩后试样表面物相和金相形貌进行表征,分析了不同温度和不同应变速率下,热压缩对试样表面组织性能的影响。结果表明:变形抗力与应变速率成正比,与试验温度成反比,残留奥氏体含量同样遵循此规律;650℃时表面以片状珠光体为主,750℃时表面组织以马氏体和贝氏体为主,随着温度升高,材料表面出现轻微氧化;在650℃时可获得约350 MPa的平均残余应力,且在同一温度下,应变速率的提高有利于提高表面残余应力,这将有利于提高材料的抗疲劳性能。

Zn-Fe-Zr三元系富锌角的第一性原理计算及热力学评估

利用第一性原理计算方法,对Zr5Zn39、ZrZn22和ZrFe2Zn20进行了结构优化和总能计算,各化合物优化后的晶格常数与文献中的实验值相一致。计算得到Zr5Zn39、ZrZn22和ZrFe2Zn20在0K时的形成焓分别-16.41、-6.13、-12.68kJ/mol-atom。基于第一性原理计算结果和已报道的实验结果,利用Pandat软件对Zn-Fe-Zr三元系富锌角相关系进行了热力学评估,获得了描述ZrFe2Zn20的热力学模型参数,计算结果与文献中的实验结果一致。

磁性核壳Fe3O4@SiO2-Ag纳米粒子的制备及性能研究

以Fe_3O_4、TEOS、AgNO_3为原料,采用葡萄糖做还原剂,在氯化胆碱(ChCl)水溶液中通过超声处理-化学镀法制备Fe_3O_4@SiO_2-Ag核壳纳米粒子。研究了AgNO_3浓度、ChCl浓度、pH值以及反应温度对银含量的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱(EDS)对Fe_3O_4@SiO_2-Ag的结构和形貌进行分析表征。将纳米粒子作为催化剂应用于烯丙基胺类化合物的合成反应,结果显示,当银含量为0.4%(wt,质量分数)时,催化效率可96%。

激光冲击处理对X70管线钢焊接接头应力腐蚀的影响

利用激光冲击波对X70管线钢焊接接头进行了表面改性处理,通过SSRT分析了激光冲击处理对试样在NACE饱和H2S溶液中应力腐蚀的影响。采用扫描电镜观察了激光冲击处理前后试样表面腐蚀产物形貌、断口形貌和应力腐蚀裂纹形貌等,并用能谱分析仪分析了腐蚀产物化学成分组成,探讨了激光冲击处理对试样SCC的影响机理。结果表明:激光冲击处理后焊接接头抗拉强度、伸长率和断面收缩率分别提高了5.1%、4.5%和28.7%,内积功的SCC敏感性指数Iscc从50.94%下降至45.10%,降低了11.64%,断口形式由脆性断裂转变为韧性断裂。激光冲击处理改善了焊接接头表面应力状态和材料组织结构,减缓了裂纹的萌生和扩展,增强了其抗SCC的性能,但不能消除明显的应力腐蚀倾向;激光冲击处理降低了氢致开裂的倾向,有利于提高焊接接头抗H2S应力腐蚀的性能。

支化聚苯乙烯改性ABS

通过乳液聚合,以链转移剂单体为支化单体,合成支化聚苯乙烯(BPS),并以其作为流变改性剂;作为参比,同时合成了相近相对分子质量及其分布的线型聚苯乙烯(LPS)与ABS共混,研究不同结构聚苯乙烯对ABS的改性效果。考察了ABS/PS共混体系的流变性能、力学性能和热性能。结果表明,在ABS中加入质量分数为1%的相对较窄相对分子质量分布的高相对分子质量BPS,即可有效降低基体的剪切黏度,改善其流动性,同时可以保持基体良好的力学性能和热性能;而在加入相同质量分数LPS的情况下,基材的力学性能和热性能虽然也可以得到保持,但共混物的流动性不但没有得到改善,黏度反而有小幅度上升。