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。

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。

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。

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。

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。

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。

高速电弧喷涂FeAlCrNi-Cr_3C_2涂层的组织与相结构研究

采用粉芯丝材高速电弧喷涂技术制备了FeAlCrNi Cr3C2涂层,并研究了涂层的组织和相结构。结果表明:涂层具有致密的层状结构,扁平颗粒小,氧化物膜细小,硬质点相分布均匀,孔隙率低;在涂层中存在着多种结构复杂的组织和化合物相,包括单立方结构基体相FeAl、Fe3Al、Al Ni,AlNi;硬质相Cr3C2、Fe3C及AlFe3C0.5;氧化物相FeO·Al2O3、Cr2O3、少量六方结构的α Al2O3和面心立方结构的γ Al2O3以及面心立方结构的FeO·Cr2O3;某些区域还存在面心立方结构的γ (Fe,Ni)。

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。

基于声发射的工程陶瓷边缘碎裂灰色尖点突变预报模型

损伤预报是减轻或消除工程陶瓷边缘碎裂的有效手段。针对工程陶瓷边缘碎裂的突变不连续特性,结合灰色理论和尖点突变理论,建立了基于声发射的灰色尖点突变预报模型,并应用该模型对不同已知数据下的氧化铝陶瓷边缘碎裂损伤演化过程进行了损伤预报。结果表明:已知数据占总数据的百分比对模型的预测精度影响较大,当已知数据占总数据的80%以上时,灰色尖点突变预报模型可较好地实现氧化铝陶瓷边缘碎裂的损伤预报,从而可有效减轻或消除工程陶瓷边缘碎裂的产生。

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。

几种固体润滑层的减摩抗磨性能与耐腐蚀性能研究

在MFT-R4000摩擦磨损试验机上考察了几种固体润滑层的减摩抗磨性能,并利用电化学工作站研究了其腐蚀电流和腐蚀电位的变化情况,分析了磨损表面的形貌和硫元素的化学价态变化。几种改性表面的耐腐蚀性能从好到坏的顺序为：NSL层〉SLD层〉离子渗硫〉基体;抗磨性能从好到坏的顺序为：NSL层〉SLD层〉离子渗硫〉基体;摩擦因数从大到小的顺序为：基体〉离子渗硫〉SLD层〉NSL层。NSL层的耐腐蚀性能和抗磨减摩性能最好,原因主要是基础油和纳米材料的润滑作用和屏蔽作用。