熔融体系下钢铁表面碳化物覆层成长动力学研究

用非稳态扩散传质和规则溶液亚格理论建立了熔融体系下钢铁材料表面碳化物覆层成长动力学模型,并用硅还原Ｖ２Ｏ５－Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３熔融体系下４５,４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１,Ｔ１０,Ｃｒ１２０ＭｏＶ四种钢碳化钒覆层实验进行了分析验证,结果表明,模型与实验结果吻合良好,碳化物覆层成长速度主要受基体中的碳活度,处理温度和时间等因素控制。     

钢铁表面碳化钒覆层的研究获可喜成果

我校金属材料及热处理教研室对钢铁表面碳化钒覆层的组织、性能进行了研究,并应用于生产实际,取得了良好成果。这项课题是从一九七六年开始的。七年来经过对多种钢材进行了盐浴渗钒试验,深入研究了表面覆层的成分、组织结构及性能。在研究过程中还结合工厂生产需要,对一些冷冲、     

钢中含碳量对离子钨钼共渗的影响

本文通过对工业纯铁、20钢、45钢、T8钢进行双层辉光离子W、Mo共渗,探讨了钢中含碳量的影响。结果表明,钢中或试件表面实际含碳量不同时,可形成不同的渗层组织。W、Mo元素渗入钢中将引起碳向渗层迁移,形成贫碳区。在W、Mo的渗入和表面阴极溅射共同作用下,试件表层产生脱碳现象,试件电压愈高,电流密度愈大,脱碳层愈深。     

钒含量对PD3钢碳化钒析出的影响

为了弄清钒在珠光体组织转变中的作用和沉淀析出的规律,通过电化学萃取分析结合透射电子显微镜观察研究了钒含量对PD3钢中碳化钒析出行为的影响。研究结果表明：PD3钢的铁素体和渗碳体中固溶钒的饱和溶解度分别为0．09％和0．23％左右;当钢中钒含量低于0．21％时,钒主要以固溶形式存在,只有极少量的碳化钒质点无序析出;当钢中钒含量增加,超过饱和溶解度后,多余的钒则主要以碳化钒的形式析出;当钢中钒含量高于0．21％,达到0．33％时,碳化钒将以无序状态和“相关沉淀”两种方式大量析出。     

钢中含碳量对其表面被覆TiC的影响

利用氯基熔盐在正常大气压下,对钢表面进行被覆TiC处理,可以得到高硬度、高耐磨性、高耐蚀性的TiC被覆层。研究表明,钢中含碳量及碳的存在形式对被覆层的形成过程有重要影响。通过对含碳量不同的钢种进行被覆处理,确定了在氯基熔盐被覆处理条件下,钢中所需的最低含碳量。     

碳化铬金属陶瓷熔覆层的组织及性能研究

利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）熔铸技术将碳化铬的高温熔体铺展在平面样品的钢表面上，从而形成厚度为几毫米的熔覆层。为克服碳化铬与底材的润湿问题，采用与Ｆｅ有良好互溶性的Ｃｒ作为润湿功能层。在此基础上，使Ｃｒ－Ｃ合金层中的碳作阶梯改变，从而获得了梯度熔覆层结构，采用氮气加压（１００ＭＰａ）和预热工艺（３００℃）等措施，控制反应燃烧温度，改善熔体流动性，增大熔渣分离速度，有利于提高熔覆层表面平滑程度。以９５０℃盐水循环激冷实验评价熔覆层与底材结合强度。结果表明，循环次数大于４０次时仍未出现剥落迹象。研究认为，良好的结合强度来源于界面间强烈的治金作用以及梯度成分分布。     

热等离子弧熔覆合金涂层的制备与组织性能

在自制的热等离子非转移弧熔覆设备上用Stellite Ni60合金在钢的表面上进行熔覆处理。用优化后的熔覆工艺参数可以获得零稀释率的熔覆层，而且熔覆层与基体结合牢固。在对熔覆层进行化学成分，组织结构分析后发现：熔覆层可以分为三层组织结构，这三层组织结构的形成与熔池的凝固过程有关。实验结果证明，热等离子非转移弧是一种比较理想的熔覆热源。     

难熔金属碳化物覆层磨损率的统计分布

采用销／盘磨损试验,测定碳化钒（ＶＣ）和碳化铌（ＮｂＣ）覆层的大量磨损数据．借助统计方法,得出碳化物覆层磨损系数Ｋ服从对数正态分布．估计了不同配副试样Ｋ的分布参数和位置统计量,作出了直方图和密度函数曲线,评价了销／盘磨损特性．结果表明：中位数比算术平均值能更好地描述实际平均磨损;随着载荷的增加,位置统计量趋于接近;碳化物覆层磨损抗力是淬火钢的６～１１倍．     

双辉渗金属高速钢的研究

利用中国独创的双层辉光离子渗金属技术，在普通低碳钢及低合金钢表面渗入所需合金元素，再经渗碳，形成具有高速钢成分的渗层，即在钢的表面形成高速钢，称为双层辉光离子渗高速钢（简称双辉渗高速钢）。由于这是一种固态冶金法，没有由于结晶而形成的粗大一次碳化物，合金层中的碳化物细小且分布均匀，避免了传统的冶炼、锻轧高速钢生产中难以克服的碳化物不均匀问题。合金元素供给源采用粉末冶金法制成，可根据实际需要调整其组分配比，从而获得一系列具有不同成分的高速钢渗层     

等离子喷焊Mo-Fe-Cr-B合金覆层的组织性能研究

采用等离子喷焊法在Q235钢表面熔敷一层Mo-Fe-Cr-B合金覆层,借助光学显微镜、SEM、EDS、XRD、显微硬度计及电化学工作站等对该覆层的组织结构及性能进行表征分析。结果表明,Mo-Fe-Cr-B合金覆层组织由均匀分布的α-Fe、Mo_2FeB_2、(Mo,Cr,Fe)_3B_2和(Cr,Fe)7C3等相组成;覆层与Q235钢基体形成良好的冶金结合,在熔合线附近存在元素的相互扩散;覆层显微硬度最高可达871HV0.3,其为Q235钢基体硬度的4倍;覆层耐腐蚀性能强于Q235钢及Ni60覆层。     

青岛港湾微型污损生物群落研究——不同涂层的碳钢/海水界面生物膜初探

 海洋微型污损生物膜会影响金属腐蚀过程和防污涂料性能,是污损生物群落的初级食物链,一直是国内外的研究焦点。研究了冬季青岛中港海水中暴露100余天的碳钢表面形成的腐蚀产物膜,以及载玻片、HT防腐涂层和NFGP600防污涂层表面形成的生物膜,采用电化学技术研究材料表面生物膜特征,运用SEM、EDS、XRD表征生物膜形态和物质组成,分析生物膜细菌、硅藻和原生动物的种类及形貌。研究表明,生物膜由细菌、硅藻、原生动物和海水中无机、有机颗粒组成;钢/海水界面同时发生钢的腐蚀和微型生物附着过程,两个过程互相作用使碳钢表面形成不定型、松软、不连续的腐蚀产物膜;防腐涂层表面生物膜由于原生动物对菌藻的蚕食和碳酸盐的存在,形成了较为疏松的生物膜,而防污涂层表面没有原生动物的影响,形成了致密的生物膜,在一定程度上能够隔绝海水环境。     

超高碳钢与球铁引入过渡层复合的显微组织研究

对离心铸造超高碳钢与球墨铸铁复合轧辊引入过渡层复合的显微组织和复合机理研究表明:在超高碳钢工作层与中间层之间存在一个通过液态扩散而形成的扩散层,中间层与芯部球铁之间为良好的冶金结合,扩散层组织由珠光体和大量较细小的碳化物组成,而且扩散层具有良好的力学性能·控制好由中间层形成的扩散层是实现超高碳钢与球铁良好结合的关键·     

Diffusion mechanism in molten salt baths during the production of carbide coatings via thermal reactive diffusion

The diffusion mechanism of carbide-forming elements from a molten salt bath to a substrate surface was studied in this research, with particular focus on the processes occurring in the molten bath at the time of coating. Metal, oxide, and metal-oxide baths were investigated, and the coating process was performed on H13 steel substrates. Scanning electron microscopy and electron-probe microanalysis were used to study the coated samples and the quenched salt bath. The thickness of the carbide coating layer was 6.5 ±0.5, 5.2 ±0.5, or 5.7 ±0.5 μm depending on whether it was deposited in a metal, oxide, or metal-oxide bath, respectively. The phase distribution of vanadium-rich regions was 63%, 57%, and 74% of the total coating deposited in metal, oxide, and metal-oxide baths, respectively. The results obtained using the metal bath indicated that undissolved suspended metal particles deposited onto the substrate surface. Then, carbon subsequently diffused to the substrate surface and reacted with the metal particles to form the carbides. In the oxide bath, oxide powders dissolved in the bath with or without binding to the oxidative structure (Na₂O) of borax; they were then reduced by aluminum and converted into metal particles. We concluded that, in the metal and oxide baths, the deposition of metal particles onto the sample surface is an important step in the formation of the coating.     

300M钢的脱碳行为演化及防护研究

300M钢是重要的飞机主承力结构用材. 然而, 该材料在模锻热处理过程中会出现不同程度的表面氧化和脱碳, 严重影响锻件成品率. 本文对300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为进行了系统研究, 利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等手段表征分析了热处理后试样表层组织形貌, 并采用硬度法统计了脱碳层深度的变化情况, 阐明了300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为演化规律, 厘清了防氧化涂层对脱碳层深度的影响. 结果表明, 300M钢在热处理过程中近表面处生成的致密氧化层对碳和氧元素的扩散具有明显的抑制作用; 碳的扩散速度与表层氧化速度在不同温度下都会有一个平衡点, 而表面防氧化剂涂层的施加则会破坏原有平衡. 微观组织分析结果显示, 300M钢表层全脱碳区为珠光体或铁素体, 半脱碳区为马氏体及析出碳化物. 本文还阐明了300M钢表层微观组织随保温时间的演化规律. 最后本文从热力学角度揭示了300M钢表层脱碳-氧化耦合机制. 本文的研究成果有望为300M钢的模锻优化工艺和热处理防护技术提供重要的数据和理论支撑.     

碳化锆/锆涂层炭纤维的制备及其拉伸性能研究

在一定反应温度范围内以熔盐为介质通过炭纤维与金属锆反应制备出碳化锆/锆涂层炭纤维,并在反应温度为800℃时,研究反应时间对碳化锆/锆涂层炭纤维表面相组成、形貌及其拉伸性能的影响。结果表明,800℃可制备均匀致密的碳化锆/锆涂层;且随着反应时间的延长,碳化锆/锆涂层厚度略有增加;涂层后炭纤维的拉伸强度和拉伸模量比原炭纤维的相应值略有减小。     

铝合金表面纳米化--微弧氧化复合涂层摩擦行为

通过表面机械研磨处理在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化( SNC)过渡层,再采用微弧氧化( MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化( SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了铝合金表面微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层的摩擦学行为。与微弧氧化涂层相比,纳米化-微弧氧化复合涂层因硬度较高而具有较好的耐磨性。微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层与GCr15钢球对磨时具有相同的磨损机理,为对磨钢球向涂层的材料转移和氧化磨损。     

超塑成形与渗钒复合工艺及其应用

对六方螺母冷镦凹模进行了超塑成形与渗钒复合工艺的试验研究,结果表明：采取逐渐增速的超塑挤压成形工艺,可使模具型腔表面获得均匀一致的渗层厚度,渗层钒化物呈粒状组织,模具寿命较普通渗钒提高了２５％,模具成本明显降低。     

Bonding mechanism and performance of ceramic coatings by sol-gel process

Thin alumina coatings were prepared on carbide tools to enhance their wear-resistant ability by dip coating from an aluminum alkoxide solution. The coating eventually obtained was perfectly integrated, without any macroscopic defect, and showed good performance in turning medium carbon steel, which presented a novel and promising coating method for cutting tools. The coating morphology before and after heat treatment was examined with the aid of a scanning electron microscope (SEM). The composition of coating and interface layer as well as the crystal structure of coating was characterized by X-ray diffraction (XRD). The elemental distribution near the interlayer was analyzed by electron probe microanalysis (EPMA).     

稀土变质钒白口铸铁中碳化物球化机理

探索了用变质方法改善钒白口铸铁中碳化物的形貌和分布。用稀土综合变质剂对钒白口铸铁进行了变质处理,使钒白口铁中方块状先共晶碳化物和条状共晶碳化物变为圆整时球状碳化物,韧性和机械性能明显提高。 研究表明,一定的钒量是碳化物获得球化的必要条件。变质过程中产生的大量的高熔点的硫化物、氮化物是VC非均质形核的基体,对VC以离异共晶方式生长起着重要作用。稀土的脱硫脱氧作用,提高了VC—熔体间的界面能,降低了VC的表面能的各向异性,使VC各个生长锥以在致相等的速度增长,从而长成球形。同时,高的界面能有利于在生长过程中球面的稳定性。 稀土综合变质剂正是综合了提供非均质形核基体与提高VC—熔体界面能、降低界面能各向异性的优点,而且前者与后者之间互相促进,因而发挥了较强的球化作用。