复杂箱体类构件表面多功能涂层技术研究及应用

目的 解决某产品箱体等复杂构件耐磨、减摩、抗烧蚀、残渣难清理引起的腐蚀等问题。方法 开展协合涂层工艺研究及应用试验验证,通过扫描电镜观察(SEM)、成分能谱分析(EDS)及厚度、硬度、附着强度(热震法)、中性盐雾试验、球盘式摩擦磨损试验等对涂层进行性能测试。结果 该涂层厚度均匀可控,与基体结合力强,在300~500 ℃共5个热震循环后,结合力未受影响。硬度高,超过800HV1.0,与铬镀层相当。耐磨性及耐腐蚀性好,6 000次摩擦磨损试验后,无明显磨痕,中性盐雾1 200 h为评级为8级。通过涂层制备工艺对高频淬火部位性能影响研究分析,摸清了涂层制备对高频淬火部位的影响规律。通过箱体等复杂零件试生产,解决了涂层“发花”及“气馕袋”等制备问题。结论 经多轮产品试验验证,该涂层完全能满足产品使用要求。     

表面纳米化对锆合金微动腐蚀行为的影响

目的 研究N36锆合金表面纳米化层的形貌和微观结构,分析表面纳米化层的微动腐蚀机理。方法 采用超声表面滚压技术(USRP)对锆合金进行表面纳米化处理,研究不同滚压速度对表面纳米化层形貌、相组成、粗糙度、显微硬度、电化学腐蚀和微动腐蚀行为的影响。结果 USRP处理后,锆合金表面有明显的塑性变形痕迹,致使锆合金表面发生加工硬化,提高了表面的硬度。锆合金的腐蚀电流密度相较于基体更低,最大磨损深度和磨损率均低于基体。结论 USRP处理后的锆合金晶粒细化、晶界增多,提高了锆合金的表面活性,有利于钝化膜的形成。锆合金的磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损的共同作用。     

大气等离子和超音速火焰喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层组织和性能对比

目的 针对航空发动机叶片榫头/榫槽摩擦副工作中的微动磨损问题,开展CoCrAlYSi-hBN抗微动磨损涂层研究.方法 通过大气等离子(APS)和超音速火焰(HVOF)喷涂工艺,制备CoCrAlYSi-hBN涂层,采用扫描电镜(SEM)研究涂层的形貌和微观组织,采用显微硬度计和拉伸试验机测试涂层的显微硬度和结合强度,采用SRV试验机探究涂层的摩擦磨损性能.结果 APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层熔化更充分,显微组织均匀,具有更多高含量的hBN和孔隙;HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层显微组织具有明显的层状结构,涂层致密,hBN和孔隙含量少;APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层的硬度平均值为168.4HV0.3,结合强度平均值为44.6 MPa,远小于HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层的硬度(327.1HV0.3)和结合强度平均值(59.5 MPa).相比HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层,APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层虽然有更低的摩擦系数(0.75),但涂层磨损更严重,涂层磨痕表面有明显的涂层剥落,HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层磨痕则出现更多的犁沟.结论 HVOF喷涂工艺制备的CoCrAlYSi-hBN涂层的综合性能优于APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层,在摩擦过程中,两种工艺制备的CoCrAlYSi-hBN涂层都会转移到对偶件上,从而减少对偶件的磨损,有作为叶片榫头抗微动磨损涂层的潜力.     

不同温度热‒冷循环处理对炮钢摩擦磨损性能的影响

目的研究不同温度热–冷循环处理对炮钢摩擦磨损性能的影响及其磨损机理。方法将PCrNi3MoVA炮钢分别在400、800℃的加热温度下进行热–冷循环处理,采用立式万能摩擦磨损实验机在不同的滑动速度下测试炮钢销与H96黄铜盘配副时的摩擦磨损性能,记录摩擦系数,测量炮钢销和黄铜盘的磨损量。采用扫描电子显微镜和能谱仪测量磨损后的炮钢销表面形貌及化学成分,分析其磨损机理。结果热–冷循环处理对炮钢销在100 r/min滑动速度下的摩擦系数的影响较小。随着热–冷循环处理中加热温度的升高,炮钢销的磨损量增大,而黄铜盘的磨损量受炮钢销热–冷循环处理的影响较小。炮钢销的磨损表面可见明显的因材料塑性变形剥落造成的凹坑和沟槽。随着滑动速度的增大,800℃–室温循环处理后,炮钢销的摩擦系数降低,磨损量在400 r/min时最大,在800 r/min时反而下降到接近于0。分析磨损表面发现,800 r/min时,黄铜磨屑与炮钢磨屑发生掺杂混合,附着于炮钢销的磨损表面,从而影响了炮钢销的摩擦磨损性能。结论热–冷循环处理对炮钢销–黄铜盘摩擦副摩擦系数的影响较小,但随着热–冷循环中加热温度的升高,炮钢销的耐磨损性能下降。滑动速度对炮钢销摩擦系数和磨损量的影响都较大,高的滑动速度下,黄铜磨屑与炮钢磨屑混合,并附着于炮钢销磨损表面,改变炮钢销的磨损机理。     

离子镀铝与离子液体电镀铝涂层性能对比研究

目的对比研究离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层的性能。方法针对高强度钢表面环保表面处理的需求,对比研究300M钢表面离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对两种涂层的表面、断面微观形貌和成分进行表征;采用原子力显微镜(AFM)对两种涂层表面三维形貌和粗糙度进行观察和测量;采用电偶腐蚀测试两种涂层与铝合金的电偶腐蚀性能;采用缺口试样拉伸方法检测两种涂层对300M钢基体氢脆性能的影响;采用5%Na Cl人工海水周浸试验的方法检测两种涂层的耐蚀性能,与电镀镉钛镀层进行对比,采用电化学方法对涂层试验前后的阻抗谱特性进行检测分析。结果两种涂层表面形貌存在较大差异,离子镀铝经过致密化处理后,表面为均匀的圆饼状形貌,致密度很高,粗糙度约为0.88μm,而离子液体电镀铝涂层表面则为圆顶状的凸起物组成,没有明显的孔洞缺陷,粗糙度约为0.71μm;电偶腐蚀测试显示,两种涂层都能够与铝合金相容连接;缺口试样的拉伸试验结果显示,两种涂层的对基体的氢脆性能没有影响;腐蚀试验结果显示,两种涂层对于300M钢基体都具有良好的保护效果,与传统的电镀镉钛相当,具备了未来替代镉类镀层的潜质。结论两种涂层均匀致密,没有明显的气孔、裂纹等缺陷,电偶腐蚀性能优异,对300M钢基体都不会产生氢脆隐患,耐蚀性能优异。     

钛金属材料干摩擦磨损特性研究

目的研究钛金属材料干摩擦磨损失效机制。方法选用TA2工业纯钛和TC4钛合金材料,采用CETR UMT-3多功能摩擦磨损测试仪进行往复摩擦磨损试验,采集摩擦系数曲线,计算摩擦系数均值,从动态和静态分析钛金属材料的摩擦特性。采用Micromet-6030型自动显微硬度计测量样品材料表面硬度值,通过表面硬度分析耐磨损性能。采用Nova Nano SEM 650场发射扫描电镜并配置能谱仪对磨损表面和磨屑进行微观形貌观察和元素成分计量分析,从微观角度分析钛金属材料的磨损机理。采用Olympus Lext OLS3000-R型激光共聚焦显微镜测量磨损体积和轮廓,并观察磨损表面的三维形貌。结果频率对钛金属材料的摩擦系数和耐磨损性能影响较大,随着频率的加快,摩擦系数增大,数据跃变幅度增大,磨损体积随之增大。载荷对摩擦系数影响相对较小,随着载荷增大,在摩擦初期,摩擦系数有下降交汇趋势;摩擦后期,摩擦系数才明显上升,载荷与磨损体积之间基本呈线性增长关系。钛金属材料的磨痕呈现为"擦后型,随着载荷的增大和频率的加快,磨损体积轮廓呈现出加深变宽的趋势。TC4的表面硬度约为359.2 HV,TA2的表面硬度约为247.8 HV,前者比后者高出约111.4 HV。在相同试验条件下进行干摩擦磨损试验,TA2的磨损体积约为TC4的2.5倍,TA2的耐磨损性能相对较差。TA2的磨屑为细小的颗粒状磨屑,磨损表面存在严重的剥层脱落特征;TC4的磨屑粒径大小不一,在低频低载状态下,磨损表面有犁沟痕迹,不存在明显的剥落坑。随着载荷和频率的增大,摩擦表面层出现裂纹和碎化剥落现象。结论 TA2的磨损机制主要是剥层磨损和磨粒磨损。在低频低载状态下,TC4的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损,随着载荷和频率的升高,在瞬时闪现温度和载荷的作用下,其磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损。     

电弧离子镀TiN涂层沉积工艺研究

目的优化电弧离子镀沉积TiN涂层的制备工艺,分析不同N_2/Ar条件对涂层微观结构和力学性能的影响机制,进一步强化和研究TiN涂层的优异性能。方法采用带有附加线圈磁场的电弧离子镀技术在不同N_2/Ar条件下制备TiN涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、超景深显微镜、维氏硬度计、薄膜应力仪和高温摩擦机观察涂层微观结构、测试力学性能。结果随着N_2/Ar流量比的增加,涂层表面形貌得到改善,大颗粒的数量和尺寸明显减少,表面变得光滑致密。TiN涂层的生长取向由沿(110)晶面择优生长,逐渐转变为沿(111)晶面择优生长。涂层显微硬度呈上升趋势,硬度最高为2260HV;当N_2/Ar流量比为2:1时,摩擦系数最低为0.71,磨损率最低为1.5×10~(-2)μm~3/(N·μm),磨痕边界清晰,大颗粒和磨屑较少。结论当N_2/Ar流量比为2:1时,TiN涂层结构致密,且具有最佳的各项力学性能。     

小口径速射自动炮内膛镶嵌Ta-10W内衬的性能试验研究

目的 提高小口径速射自动炮内膛易损部位的抗烧蚀磨损性能,延长炮管使用寿命,提升小口径速射自动炮的作战效能。方法 研制镶嵌Ta-10W内衬的身管衬套和调节塞,在某小口径导气式转膛自动炮上进行实弹射击试验,测试弹丸炮口初速、射频以及被试品关键尺寸磨损量,并与采用全炮钢被试品的试验结果进行对比,评价内膛镶嵌Ta-10W内衬对提升炮管寿命的效果。结果 自动炮镶嵌Ta-10W内衬,在射击580发炮弹后,身管衬套阳线、阴线内表面以及调节塞导气孔直径磨损量分别较全炮钢减小了57.14%、40.00%、91.23%,而弹丸初速和射频变化量也分别较全炮钢减小了82.56%和93.33%。结论 内膛镶嵌Ta-10W内衬的方法克服了钽及其合金炮膛易损部位钢基体表面涂层容易脱落的问题,能够大幅度提高内膛易损部位的抗烧蚀磨损能力,为小口径速射自动炮延寿设计提供了新的技术途径。     

Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层组织与性能的研究

目的 采用化学复合镀技术对微弧氧化进行封孔,进而得到抗烧蚀性能优良的Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层。方法 通过采用扫描电镜(SEM)、光学金相显微镜(OM)、显微硬度仪(Microhardness Tester)、X射线衍射仪(XRD)、氧–乙炔烧蚀试验(Oxy-Acetylene Ablation Test)等方法,对复合涂层的表面形貌、截面形貌、厚度、显微硬度、物相和抗烧蚀性能等进行分析。结果 陶瓷层原始表面完全被化学镀层覆盖,所制得的复合涂层厚度均匀,化学镀层与陶瓷层紧密嵌合。镀液中的SiC浓度对镀覆的速度、镀层中SiC粒子的共沉积量有着较大的影响。当粒子质量浓度为16~20 g/L时,颗粒的共沉积量较大。化学复合镀60 min可以得到厚度20 μm左右的Ni-P-SiC镀层,SiC颗粒分布均匀。当镀液中SiC质量浓度为16 g/L时,镀层具有最高的硬度。对比未处理、仅微弧氧化和Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样,Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样具有最佳的抗烧蚀性能。结论 Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层均匀、致密,具有良好的抗烧蚀。     

稀土元素对38CrMoAl钢离子渗氮工艺的影响

目的缩短38CrMoAl钢离子渗氮工艺周期。方法在离子渗氮过程中,添加稀土金属镧(La)及稀土镧铈合金(La-Ce)。通过显微硬度仪、光学金相显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对于离子氮化层的表面硬度、脆性、微观显微组织、稀土元素含量进行检测分析,并和常规离子渗氮工艺进行对比研究。结果在离子渗氮工艺过程中,添加稀土金属镧(La)及镧铈合金(La-Ce)后,氮化层表面硬度提高约130～200 HV,渗氮速度提高了15%～30%,氮化周期显著缩短。稀土催渗离子渗氮层的脆性均为Ⅰ级,比常规离子渗氮更优异。同时,稀土元素的渗入细化了晶粒,使得渗层氮化物组织致密、呈弥散分布,优化了氮化层的相结构组成。结论稀土元素的加入可以有效提高渗氮层的表面硬度和脆性等级,改善了氮化层性能。同时缩短了离子渗氮工艺周期。     

AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的研究

目的 解决硬质合金刀具高速干切削难加工材料面临效率低、寿命短的难题,提升刀具涂层的耐热能力,在AlCrSiN涂层中周期性植入AlCrON热屏障层,并在其两侧沉积AlCrN层进行包夹,改善含氧层的韧性,既能保持涂层刀具较高的强度,又能改善其耐热能力.方法 采用全自动电弧离子镀膜机,研制具有不同调制周期的AlCrSiN/A...     

电镀锌镍合金与热渗锌涂层热带海洋大气环境腐蚀规律对比分析

目的 解决钢铁表面金属涂层在热带海洋大气环境中易腐蚀损伤或失效的问题,选择对热带海洋大气环境耐腐蚀性能优良的金属涂层,提高钢铁工件的使用寿命。方法 在某热带海域进行户外暴露试验,对钢铁试片电镀锌镍合金和热渗锌2种金属涂层的腐蚀规律进行研究。通过扫描电镜、X射线能谱仪、光学显微镜、划格试验等,对锌镍合金镀层和热渗锌涂层的表面形貌、化学成分、截面形貌、涂层厚度及附着力等分别进行观察与测试。结果 电镀锌镍合金镀层主要发生选择性腐蚀和点蚀,在720d内具有较好的腐蚀防护性能。热渗锌层以均匀腐蚀为主,涂层微裂纹促进了腐蚀,在90 d内基体无腐蚀,360～720 d涂层的腐蚀速率较快。结论 在采用的2种金属涂层工艺中,电镀锌镍合金镀层的耐腐蚀性能远优于热渗锌涂层。相对于该热渗锌涂层,电镀锌镍合金镀层更加适合作为钢铁工件金属涂层在该海域大气环境中长期使用。     

等离子喷涂 YSZ 涂层瞬态超高温冲蚀性能研究

目的研究等离子喷涂YSZ涂层的瞬态超高温烧蚀性能。方法借助超音速火焰喷涂设备实现超高温高速火焰,对等离子喷涂YSZ涂层进行瞬态冲蚀,通过火焰中加送氧化铝颗粒模拟对涂层的高温冲刷。采用常规手段评价涂层的抗瞬态超高温冲蚀性能,并对冲蚀部位进行微观观察,探讨涂层的失效机理。结果在3000 K、不添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料表面发生沸腾;喷涂0.6 mm YSZ的试样在火焰冲击60 s后涂层完好。在3000 K、添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料被冲刷出约1.0 mm深坑;喷涂0.6 mm YSZ试样的涂层被火焰冲刷剥落,但基体未受明显损伤;喷涂1 mm YSZ的试样,试验后仍保留部分涂层。结论在3000 K高温瞬态冲蚀条件下,热喷涂1 mm厚YSZ涂层可对材料表面形成有效防护。     

钛合金表面微弧氧化涂层在模拟海洋环境下摩擦腐蚀规律研究

目的 研究TC17钛合金及其表面微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)涂层在模拟海洋大气环境下发生摩擦腐蚀行为的规律及特征.方法 利用微弧氧化技术,在TC17钛合金表面原位生长MAO涂层,通过SEM、EDS以及XRD对MAO涂层微观结构、元素分布以及相组成进行检测分析.采用电化学工作站和摩擦腐蚀设备研究试样在模拟海洋环境条件下的耐腐蚀及摩擦腐蚀的性能.结果 在硅酸盐中制备的MAO涂层,表面微孔尺寸较小,且分布均匀,MAO涂层与基体结合良好,无明显微裂纹等缺陷的存在,其平均厚度约为15.8μm.MAO涂层主要有金红石相、锐钛矿相和SiO2相组成.MAO涂层的自腐蚀电位较基体有所提高,而其钝化电流密度则显著降低.MAO涂层在腐蚀液中表现出较低的摩擦系数,开路电位缓慢降低.结论 TC17基体表面氧化膜在摩擦开始瞬间发生破裂,难以起到有效的防护作用,而MAO涂层由硬度较高的金红石相和SiO2相组成,在摩擦腐蚀过程中,能够起到优异的耐磨损腐蚀的作用.     

不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐与耐磨性能的影响

目的分析不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐和耐磨性能的影响,探索利用冷喷涂低温特点制备Al/B_(4)C复合涂层的可行性。方法利用冷喷涂方法制备4种B_(4)C含量的Al/B_(4)C复合涂层,并利用各种方法表征涂层的结合特征、耐磨性能和防腐性能。结果冷喷涂过程不会改变铝和碳化硼的物相,碳化硼颗粒主要以嵌入方式结合在涂层中,会产生结合缺陷。在本研究中,B_(4)C的质量分数最高可达到34.53%左右,涂层的结合强度随粉末中碳化硼含量的增加先增加、后降低,最高可达26.67 MPa。微区电化学试验分析涂层内部微电位差值,发现Al/B_(4)C界面存在电位差,腐蚀反应会优先在Al/B_(4)C界面发生,从而破坏金属Al成膜,使涂层的耐蚀性能与略低于铝块材。结论冷喷涂技术可以制备微观结构和结合性能良好的高B_(4)C含量Al/B_(4)C复合涂层,涂层中B_(4)C的质量分数最高达34.53%,预期具有良好的热中子吸收性能。同时,B_(4)C颗粒的加入,使得涂层的耐磨性能大大的提升,但是耐蚀性能相比于铝材料略有降低,是未来需要改善的方向。     

Zn-Al和Al-RE热喷涂涂层的耐蚀性研究

使用高速电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了Zn-Al和Al-RE涂层。分别研究了Zn-Al和Al-RE两种涂层在铜加速醋酸盐雾实验中的耐蚀性能。通过扫描电子显微镜分析了Zn-Al和Al-RE涂层腐蚀前后的微观组织形貌,结果表明Zn-Al涂层的耐蚀性能优于Al-RE涂层。     

30CrMnSiA合金钢3种涂层体系耐蚀性研究

目的研究西沙海洋环境下30CrMnSiA合金钢三种(C1,C2,C3)涂层体系的耐腐蚀性能。方法在西沙海域环境开展30CrMnSiA合金钢三种涂层的自然暴晒实验,暴晒实验时间为3年,分别通过测试光泽度、色差、电化学阻抗值等手段检测腐蚀状况来研究腐蚀特点。结果三种涂层的光泽度和色差随着时间的增长逐渐减少,暴晒后三种涂层的光泽度和色差相差不大,但三种涂层检测的电化学阻抗值相差很大,且C1涂层阻抗值明显大于C2和C3涂层。结论 C1涂层体系相较于C2和C3两种涂层体系有更高的耐腐蚀性能。