B-Si-C-N系耐磨硬质膜的研究及应用进展

利用超硬薄膜进行材料防护是提高材料性能的一种经济、实用的途径,也是提高模具寿命的重要手段.根据B-Si-C-N系耐磨硬质膜材料的不同,综述了高温耐磨涂层的研究进展,说明了其制备方法,展望了防护涂层的发展趋势.     

热力锅炉水冷壁防腐耐磨研究

佳木斯市达尔凯供热公司供热锅炉每年水冷壁爆管情况严重,多为炉内烟气对水冷壁磨损和高温腐蚀造成,其机理复杂,它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关.防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类,即非表面防护方法和表面防护方法.本文针对佳木斯热力公司南湖2#炉,采用超音速电弧喷涂合金涂层工作寿命已近四年,认为采用热喷涂是锅炉水冷壁管束高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法.     

热压烧结工艺对WC-Cu-Sn涂层组织性能的影响

采用热压技术在45#钢基片表面制备WC-Cu-Sn耐磨涂层,对影响WC-Cu-Sn涂层组织性能的主要工艺因素WC含量、烧结温度和烧结时间进行了正交试验设计及极差分析。结果表明,WC质量分数47%、烧结温度850℃、烧结时间1min为涂层的最佳工艺参数,该工艺条件下的47WC-Cu-8Sn涂层组织相对耐磨系数高达12,其致密度随烧结温度升高先增大后减小,随烧结时间延长逐渐减小;WC-Cu-Sn涂层磨损机制主要以磨粒磨损为主、黏着磨损为辅。     

Cr-N涂层高速钢在Na3PO4水溶液中的摩擦－腐蚀电化学噪声行为

在M2高速钢表面磁控溅射制备Cr-N耐磨减摩涂层,用SEM观察涂层组织,采用XPS及GDOES分析涂层表面价态及主要元素分布情况,利用附带电化学噪声装置的微动摩擦学试验机测试涂层及基材在0.02mol/LNa3PO4溶液环境下的摩擦学性能及其同步电化学噪声变化规律,并与涂层及基材在干摩擦条件下的摩擦学性能指标进行对比.研究结果表明:涂层为双层及双组分结构,组成相为Cr+CrN:涂层在空气介质中表现出优异的耐磨减摩特性,但在Na3PO4水溶液环境下介质中,由于涂层接触区域的去钝化/再钝化以及界面点蚀使腐蚀和磨损相互加速,导致Cr-N涂层丧失了减摩及抗磨作用,失效行为完全不同于干摩擦条件.     

转子钢20Cr13表面硬质PVD涂层摩擦磨损性能分析

通过多弧离子镀与磁控溅射结合工艺在20Cr13表面分别制备CrN、TiN、TiAlCrN3种PVD涂层,研究3种涂层的摩擦磨损性能。结果表明,各类涂层均能提升基材性能,其中TiAlCrN涂层试样硬度较高(67 845 N/mm²),CrN涂层试样薄膜结合力较高(30 N)、表面质量较优,TiN涂层试样对比另外两种涂层试样性能较差。TiAlCrN涂层试样摩擦因数较高(0.619),其硬度高、结合力好、耐磨损能力较强。在摩擦磨损试验中TiAlCrN涂层与CrN涂层表面所形成的耐磨、抛光作用的氧化膜增强了基底耐磨性能。综合考虑,TiAlCrN涂层为转子表面理想耐磨涂层。     

平流层臭氧环境及防护技术

平流层臭氧对平流层飞行器表面材料具有氧化作用,导致材料性能下降甚至失效.利用射频等离子体聚合方法制备的硅氧烷涂层具有均匀、致密、无缺陷等优点.红外光谱分析结果显示,硅氧烷聚合物涂层主要由-Si-O-Si-组成,在氧化性环境中具有良好的化学稳定性,可有效防护氧化性气体分子和原子对基底材料的氧化作用.本论述提出了在平流层飞行器表面材料上沉积硅氧烷聚合物涂层防护臭氧的可行性.     

钢表面激光熔覆TiC_P/Fe基合金复合耐磨涂层

在２０钢表面用激光束熔覆了ＴｉＣ颗粒与Ｆｅ基自熔合金复合耐磨涂层。对涂层的组织、化学成分、硬度及耐磨性进行了分析。结果表明，熔覆层主要由γ－Ｆｅ，α－Ｆｅ（马氏体）和ＴｉＣ颗粒组成。为获得平整而无裂纹的表面复合涂层，随预涂覆层的ＴｉＣ量的增加，所需激光能量密度提高，复合涂层的硬度及耐磨性也随之增加。     

有机硅/TiO2透明涂层的性能研究

以钛酸正丁酯和多种硅氧烷为前驱物,采用溶胶-凝胶法在聚碳酸酯表面上制备一种高折射率的有机硅/TiO2透明增硬涂层.通过红外光谱仪、原子力显微镜对涂层的结构进行了表征分析,并探讨了TiO2含量对涂层的硬度、附着力、耐擦伤性、折射率等的影响.研究结果表明,制得的涂层对聚碳酸酯具有良好的附着力;涂层具有良好的平整性,可见光范围内的透光率均在90%以上;提高TiO2含量有利于提高涂层的硬度、耐擦伤性和折射率等.当TiO2质量分数在4.99%~32.09%范围内,涂层在576.7 nm处的折射率在1.500 2~1.561 2之间连续可调.     

激光熔覆金属合金和WC复合涂层及其应用

为了改善机械零件的表面性质,利用２ｋＷＣＷＣＯ２激光在金属或零件表面熔覆０．１０～１０．００ｍｍ的金属合金和ＷＣ复合耐磨涂层;并研究了其微观结构和硬度分布与熔覆工艺的关系;为了减少和避免耐磨涂层发生裂纹而设计了具有硬质相分布的“梯度涂层”,或在硬质表层和基体之间增加具有良好韧性的“过渡层”,获得了无缺陷,与基体冶金结合的优质涂层。在一些磨损零件的激光熔覆修复中,可延长使用寿命２～３倍以上。     

类金刚石在汽车零部件上的应用

利用射频/直流脉冲(RF/DC pulsed)技术,以气体A-C:H(乙炔)为原料,在高速钢基体(HRC65)和汽车活塞销上制备了类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)涂层。采用激光Roman光谱仪研究了DLC的结构组成,利用摩擦磨损试验机测试了不同摩擦副在干摩擦和油润滑环境下的摩擦系数及耐磨寿命,最后用光学显微镜观察了汽车活塞销涂层类金刚石前后的表面形貌。结果表明:采用此方法在汽车活塞销上制备的类金刚石涂层光洁度高,摩擦系数小;摩擦副之间的硬度差对其耐磨寿命具有很大的影响,加入润滑剂可以抵消这种影响;汽车活塞销涂层类金刚石在工作一定时间后,表面粗糙度降低,耐磨寿命提高,同时DLC对摩擦副具有抛光润滑作用,是一种汽车零部件优选的抗磨减磨涂层材料。活塞销涂层类金刚石实际装车现场测试表明,寿命比没有涂层的活塞销提高4.5倍,未来可以作为汽车零部件表面的保护涂层。     

锅炉抽风机风叶喷涂修复的研究

锅炉抽风机由于受粉煤灰冲击而磨损极为严重。为延长其寿命,提高生产效率,本文采用实验手段研究几种耐磨涂层的组成、喷涂工艺及其耐磨机理。结果表明,在已磨损的抽风机风叶表面喷涂一层耐磨涂层,可使报废的风机风叶重新得以利用,而且使用寿命较原来提高4－5倍。     

基于光弹实验与有限元法的涂层/基体接触应力分析

表面涂层处理常用于保护机械零件表面、减少磨损和提高使用寿命,涂层上的应力分布对零件表面破坏有着重要的影响.文中以聚碳酸酯/环氧树脂为涂层/基体材料,采用光弹实验对受载的涂层/基体进行光弹条纹采集,根据实验条件利用Abaqus软件建立涂层/基体的有限元模型,分析不同涂层厚度和载荷下的应力分布情况.实验和数值分析结果表明:在接触应力场中,最大剪切应力出现在材料的次表层而非表层,随着加载量的增大,最大应力值逐渐向基体扩展;不同涂层厚度下,应力场在结合界面处出现较大的突变,主要是由涂层与基体的材料物理性能不一致导致;光弹实验和有限元法得到的应力分布基本上是一致的.     

水力机械抗汽蚀表面防护技术的应用现状及展望

汽蚀和磨损是水力机械过流部件普遍存在的主要问题.从这两个问题出发,阐述了水力机械表面防护技术的应用现状.结合涂层材料及其表面防护技术的发展,认为高速火焰喷涂(HVOF)制备的纳米结构WC-12Co金属陶瓷复合涂层可望更有效地减缓水力机械的汽蚀和磨损.     

热喷涂用Ni60-B4C复合粉制备及涂层耐磨性的研究

采用高能球磨及化学镀镍技术来改善B4C颗粒的粒度、分布及其表面状态，制备了热喷涂用Ni60／（Ni／B4C）团聚粉和Ni60-B4C（包覆Ni）复合粉，采用亚音速热喷涂技术制备了其耐磨涂层，在自制的销盘式磨损试验机上进行涂层的磨粒磨损实验，结果表明：Ni60-B4C（包覆Ni）涂层与Ni60／（Ni／B4C）涂层相比更耐磨。     

电弧喷涂防腐铝涂层耐蚀性能研究

利用电弧喷涂工艺在钢铁基体表面全部或部分地喷涂铝涂层 ,考察了涂层对裸露于腐蚀介质中钢材基体的防护作用 ,以失重法计算了静态腐蚀速度与动态腐蚀速度 ,并探讨了腐蚀机理。用扫描电镜 (SEM )对铝涂层腐蚀前后的外表形貌进行了观察 ,并测定了涂层的孔隙率。研究结果表明 ,当腐蚀介质为NaCl溶液 (其质量分数为5 0 % )、实验温度为 (5 0± 1)℃、介质流速为 1m/s时 ,铝涂层的动态腐蚀速度为静态腐蚀速度的 2倍。裸露于腐蚀介质中的钢铁面积增大 ,促使阴极去极化过程快速进行 ,腐蚀速度加快 ,涂层防护寿命缩短。涂层表面上氧化膜的自愈能力及涂层表面上沉积的白锈具有阻碍铝作为阳极牺牲从而保护阴极的功效。涂层中的贯通孔隙对削弱铝涂层的防护作用 ,随腐蚀过程进行而逐步减弱。     

电弧喷涂防腐铝涂层耐蚀性能研究

利用电弧喷涂工艺在钢铁基体表面全部或部分地喷涂铝涂层,考察了涂层对裸露于腐蚀介质中钢材基体的防护作用,以失重法计算了静态腐蚀速度与动态腐蚀速度,并探讨了腐蚀机理.用扫描电镜(SEM)对铝涂层腐蚀前后的外表形貌进行了观察,并测定了涂层的孔隙率.研究结果表明,当腐蚀介质为NaCl溶液(其质量分数为5.0%)、实验温度为(50±1)℃、介质流速为1 m/s时,铝涂层的动态腐蚀速度为静态腐蚀速度的2倍.裸露于腐蚀介质中的钢铁面积增大,促使阴极去极化过程快速进行,腐蚀速度加快,涂层防护寿命缩短.涂层表面上氧化膜的自愈能力及涂层表面上沉积的白锈具有阻碍铝作为阳极牺牲从而保护阴极的功效.涂层中的贯通孔隙对削弱铝涂层的防护作用,随腐蚀过程进行而逐步减弱.     

碳纤维/石墨-铜基自润滑耐磨复合涂层的摩擦学性能

为提高45~#钢的摩擦学性能,采用热压烧结技术,在45~#钢表面制备了以Ni为中间连接层的铜基自润滑耐磨复合涂层。采用扫描电镜和能谱仪对涂层表面及截面的微结构进行了分析;采用球-盘式摩擦磨损试验机与GCr15球配副,在不同载荷和速度下,研究了铜基自润滑耐磨复合涂层和基体的干摩擦学性能,并分析了磨损机理。结果表明:在所有试验条件下,含4wt%碳纤维和2wt%石墨样品的摩擦系数和磨损率均比45~#钢低,且在15 N载荷、500 r/min转速下显示出最优的摩擦学性能。     

模具表面等离子喷涂陶瓷涂层的可行性研究

提高模具寿命的方法很多,其中可以通过等离子喷涂陶瓷涂层来提高模具的表面耐磨和耐蚀性能,从而提高模具的使用年限。     

化学气相沉积TiN提高模具使用寿命的新途径

化学气相沉积法(简称CVD法)。对沉积TiN而言,就是在模具表面上进行化学反应而制得耐磨涂层TiN。     

等离子熔覆Fe-Ni基合金导辊组织结构及失效分析

采用等离子熔覆技术将Fe-Ni基高温耐磨合金粉末熔覆到45#圆钢上,制备了Fe-Ni基合金导辊. 采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了Fe-Ni基合金涂层的组织结构和Fe-Ni基合金导辊的表面失效情况. 结果表明:Fe-Ni基高温耐磨涂层组织形态良好,由涂层与基体的结合界面处到涂层的上部其组织由平面晶向树枝晶转变;γ-(Fe,Ni)的含量在涂层中按底部-中部-上部的方向依次降低,而(Cr,Fe)7C3的分布正好相反;Fe-Ni基合金导辊的失效机制为热疲劳开裂和磨粒磨损.