TiAlN/AlON纳米多层涂层组织及性能研究

研究AlON层厚度对TiAlN/AlON纳米多层涂层显微组织和性能影响.使用磁控溅射技术在高速工具钢（W6Mo5Gr4V2）上制备TiAlN/AlON纳米多层涂层,使用X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计、通用表面测试仪表征和分析纳米多层涂层的组织和性能.结果表明:在TiAlN模板的作用下,非晶体的AlON转变为晶态,与TiAlN形成共格外延生长,使纳米多层涂层出现了超硬现象.当AlON层厚度为0.81 nm时涂层硬度最高,达到3 769.6 HV,比TiAlN单层涂层显微硬度提高了60.37%;之后随着AlON层厚度增加,硬度下降.当AlON层厚度为0.81 nm时,涂层抗刮性和摩擦磨损性能也达到最好.      

固态NaCl诱导的TiAlN多层涂层热腐蚀行为研究

采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术耦合多弧离子镀技术,在钛合金和304不锈钢基体表面沉积高致密TiAlN/Me多层纳米复合膜层,通过SEM、XRD、XPS等方法对涂层的宏微观结构进行表征,在500 ℃高温的固态盐膜环境下,研究不同金属子层种类对涂层高温热腐蚀能力的影响规律．结果表明:TiAlN/Ti多层涂层孔隙率低至0.049 %,以点蚀为主要腐蚀形式的涂层热腐蚀面积占比为2.948%,分别达到304不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金基体耐腐蚀能力的24.046和23.041倍．TiAlN/TiAl涂层由于涂层表面缺陷和层间缺陷分布广泛,涂层腐蚀面积占比达到67.090 %．TiAlN/Ti比TiAlN/TiAl多层纳米复合膜层有更优的高温热腐蚀性能．      

AlCrN涂层硬质合金切削高温合金耐用度对比实验

采用新型涂层AlCrN硬质合金,并同时采用无涂层YW1和TiAlN涂层硬质合金作为对比实验的刀具材料,对变形镍基高温合金GH4169进行车削刀具磨损的系列实验研究.借助光学显微镜、电子扫描显微镜与能谱探针等工具,建立刀具寿命T-v公式,以刀具耐用度为评价指标,对刀具的磨损形态、磨损机理以及此类新型涂层(AlCrN)刀具对应于镍基高温合金的切削性能进行了分析.研究表明,干切削镍基高温合金,AlCrN涂层硬质合金的性能优于当前主流应用的刀具涂层(TiAlN)刀具.其失效形式主要表现为:后刀面磨损和主切削刃微崩刃.前刀面的磨损程度相对较低.其磨损机理为:高温高应力条件下的扩散、氧化磨损与黏接的综合作用.     

40Cr表面TiAlN/TiN复合镀层的滑动摩擦试验分析

采用多弧离子镀工艺在40Cr表面制备了TiAlN/TiN复合镀膜,利用UMT-2摩擦磨损实验机考察了TiAlN/TiN膜层的承载能力和摩擦学性能,通过扫描电子显微镜观察了磨损试件的表面形貌,应用X射线能谱仪分析了磨痕中心区元素及其含量,通过40Cr基体和TiAlN/TiN膜在摩擦系数和磨损量方面的比较来评价TiAlN/TiN复合膜层的摩擦学性能。结果表明:TiAlN/TiN涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,TiAlN/TiN复合镀层的摩擦学性能优于40Cr基体,TiAlN/TiN复合镀层的减摩、耐磨性能优越,并能成功地抵抗磨粒磨损和粘着磨损。     

调制比对TiB2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜.分别采用X射线衍射仪(XRD)、表面轮廓仪、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪分析了调制比对TiB2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值均高于两种个体材料混合相的值,在调制比为t ...     

Si含量对TiAlSiN纳米复合涂层的微观结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiAlSi复合靶,在Si基底片上用射频磁控溅射工艺沉积了TiAlSiN纳米复合涂层,采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和纳米压痕技术研究了Si含量对TiAlSiN涂层的微观结构和力学性能的影响.结果表明：TiAlSiN涂层内部形成了Si₃N₄界面相包裹TiAlN纳米等轴晶粒的纳米复合结构.随着Si含量的增加,TiAlSiN涂层的结晶程度先增加后降低,涂层内部的晶粒尺寸先减小后趋于平稳,涂层的力学性能先升高后降低.当Si与TiAl原子比为3：22时获得的最高硬度和弹性模量分别为37.1 GPa和357.3 GPa.     

TC4合金氩弧熔覆TiN复合涂层的组织及耐磨性

为提高钛合金表面性能,以TiN粉和Ti粉为原料,利用氩弧熔覆技术,在TC4合金表面成功制备出TiN增强Ti基复合涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆涂层的显微组织和物相组成;利用显微硬度仪、摩擦磨损试验机测试了复合涂层的显微硬度和室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆涂层主要由TiN棒状树枝晶和TiN颗粒组成,复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达9.5 GPa;复合涂层在室温干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是磨粒磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近9倍。     

堆焊Mo-Cr-Fe-B合金覆层的组织及性能研究

采用自制Mo-Cr-Fe-B系药芯焊丝通过堆焊法在Q235钢基体表面制备覆层。借助光学显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计、磨损试验机等对覆层及结合界面的组织结构、物相、硬度分布及耐磨性进行了表征与分析,并研究了覆层堆焊成型的反应过程。结果表明,覆层主要由Mo_2FeB_2、M_3B_2(M:Mo、Cr、Fe)、Fe_2B、Fe(Cr、Mo)等相组成,覆层与钢基体结合良好,在覆层-钢基体界面结合处有元素的扩散,覆层硬度最高可达980HV0.5且耐磨性良好。     

金属陶瓷基体特性对TiAlN涂层微观结构和性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷是以 TiC、TiN、Ti(C,N)等为基,Ni/Co为粘结剂,并添加 WC、Mo₂C、TaC、VC 等碳化物改善其组织性能,采用粉末冶金方法制备的多相固体材料,具有高红硬性、高耐磨性、低摩擦系数和低热导率,高的化学稳定性等优点。Ti(C,N)基金属陶瓷刀具对高速加工中软钢有很大的优越性:被加工工件表面尺寸精度和光洁度高,可实现以车代磨。在切削加工中,刀具的性能对加工表面质量和加工效率有着重大的影响。涂层具有高的耐磨性、耐热性、高的化学稳定性等优点,可使切削刀具的使用寿命大幅度提高。当前80%–90%以上的切削刀具都会涂层,而这些涂层工艺主要是针对硬质合金而设计的。金属陶瓷被视为硬质合金未来最有潜力的替代品。要实现Ti(C,N)基金属陶瓷对硬质合金的替代,Ti(C,N)基金属陶瓷的可涂层性、涂层过程中的生长机理以及金属陶瓷基体与涂层的匹配性需要系统的研究。涂层与基体材料两者总是相互影响,基体的化学成分与结构会直接影响涂层的形核生长,而涂层的结合强度与硬度等性能直接决定了涂层能否被运用。鉴于此,本文制备了不同WC含量的TiAlN涂层金属陶瓷,并采用微观组织观察、结合强度与纳米压痕检测和切削加工试验研究了不同WC含量的金属陶瓷基体对TiAlN涂层的微观结构与性能的影响。结果表明沉积在不同基体上的TiAlN涂层具有柱状晶粒结构。且随着WC的增加,TiAlN的强度比I₍₁₁₁₎/I₍₂₀₀₎和附着力逐渐增大。当基体中没有WC时,TiAlN涂层的择优取向为（200）晶面。 随着WC的加入,TiAlN涂层的择优取向变为(111)和(200)晶面。涂层与基体的结合强度最大的区别在于基体的微观结构和成分。含15wt% WC的金属陶瓷基体涂层的H/E和H3/E2最高,耐磨性最好。     

氩弧熔敷原位自生WC复合涂层组织及耐磨性

为提高采煤机中截齿的耐磨性能,利用氩弧熔敷技术,在35CrMnSi钢表面制备WC增强Ni基复合涂层。利用OM、SEM、XRD和EDS分析复合涂层的显微组织,采用显微维氏硬度仪测试复合涂层的显微硬度,并测试涂层在室温磨损条件下的耐磨性能。结果表明：氩弧熔敷涂层组织均匀致密,熔敷涂层与基体呈冶金结合,主要由WC、W：C、T—Ni、（Fe,Cr）23,C6等物相组成;WC颗粒呈弥散分布,颗粒尺寸为1txm;熔敷涂层可以改善基体的表面硬度,最高显微硬度可达12．6GPa;熔敷涂层在室温冲击磨粒磨损实验条件下,具有优异的耐磨性,磨损机制主要是磨粒磨桶．其耐磨性较35CrMnSi基体提高近12倍。     

TiAlN-MoS2/TiAlN硬质润滑膜研究

在NCUPP技术沉积的TiN-MoS2/TiN复合膜中添加A1元素并改变部分沉积工艺,可以在1Cr18Ni9Ti基体上沉积出TiAlN-MoS2/TiAlN硬质润滑膜.利用SEM,XPS等手段研究涂层的成分、微观结构等.通过摩擦学试验测定其结合强度等性能.结果表明,在钻头上沉积TiAlN-MoS2/TiAlN硬质膜,可使其在钻削过程中具有优异的耐磨、减摩和耐高温等性能,从而大幅度提高了刀具的使用寿命.     

镍基纳米SiC复合镀层的摩擦学性能

为研究镍基纳米 Si C复合镀层的摩擦学性能 ,在A3钢板上制备了该镀层 ,利用扫描电镜对镀层显微组织进行观察 ,通过纳米显微力学探针测量镀层微区硬度 ,在 MM-2 0 0摩擦磨损试验机上对镀层进行磨损试验 ,研究阴极电流密度、温度和镀液中 Si C浓度等主要工艺参数对镀层耐磨性能的影响。结果表明 :Si C颗粒在镀层中分布均匀 ;Si C颗粒附近镀层的硬度是纯镍镀层的 3倍 ,但随着远离 Si C,复合镀层硬度明显下降 ;复合镀层的耐磨性能与普通镍镀层相比有较大幅度的提高 ,在油润滑条件下磨损体积为普通镍镀层的 1/ 8。     

镍基纳米Al2O3粉末复合电刷镀镀层的耐磨性

为了进一步提高刷镀层的耐磨性 ,在 4 5 #钢基体上刷镀含有纳米 Al2 O3粉末的镍基复合镀层。通过光学金相显微镜、扫描电子显微镜对镀层显微组织进行分析 ,用显微硬度计测定了镀层和基体的硬度 ,在 SRV磨损试验机上进行了磨损试验 ,用表面形貌仪测量了镀层磨损量。试验结果表明 ,加入纳米 Al2 O3粉末的复合镀层的硬度要比单纯的致密镍镀层的硬度高。随着纳米 Al2 O3粉末加入量的增加 ,复合镀层硬度逐渐提高。含纳米 Al2 O3粉末的镍基复合镀层与单纯致密镍镀层相比 ,具有更高的耐磨性 ,将有广泛的应用前景。     

离子束辅助沉积法制备TiAlN/TiB2纳米多层膜的研究

运用离子束辅助沉积法(IBAD)制备了一系列具有不同调制比例的TiAlN/TiB2纳米多层膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕等表征手段研究了薄膜调制比例对其硬度、内应力和膜基结合力等力学性质的影响.结果表明:随着调制比例从8∶1变化到25∶1,多层膜的硬度在29～34 GPa之间变化,所有多层膜的硬度均高于TiAlN和TiB2两种各体层材料通过混合法则得的结果,结合XRD结果分析认为,TiAlN(111)择优取向是薄膜硬度升高的一个重要原因.     

Microstructure and mechanical properties of Ni-based composite coatings reinforced by in situ synthesized TiB2 + TiC by laser cladding

A Ni-based composite coating reinforced by in situ synthesized TiB₂ and TiC particles was fabricated on Ti6Al4V by laser cladding. An attempt was made to correlate the thermodynamic predictions and experimental observation. The microstructure and the microhardness profile across the coating were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and a hardness tester. It is found that the coating mainly consists of a large number of reinforcements (black blocky TiB₂, flower-like or equiaxial TiC, and fine acicular CrB) and the γ matrix. The hardness of TiB₂, TiC, and CrB reinforcements is much higher than that of the γ matrix. The dispersive distribution of such high hardness reinforcements causes the increase in hardness of the whole coating. The average value of the hardness is approximately Hv_0.2 700 in the coating. The hardness of the coating is obviously higher than that of the substrate due to the dispersion strengthening of reinforcements.     

氩弧熔覆原位合成TiN复合涂层的组织与耐磨性

为提高钢材料的耐磨性,以Ti、TiN和Ni60A三种粉末作为涂层材料,采用氩弧熔覆、原位合成技术,在Q235钢表面制备TiN复合涂层.利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计及滑动磨损实验机（MMS-2B）对复合涂层的显微组织结构、硬度和耐磨性进行分析.结果表明：涂层主要由TiN和α-Fe组成,TiN分布均匀且与基体呈现冶金结合,涂层显微硬度最高达738.17 GPa,耐磨性为Q235钢的8倍.涂层在室温干滑动摩擦磨损条件下表现出优异的耐磨损性能,具有应用价值.     

Characterization and wear behavior of WC-0.8Co coating on cast steel rolls by electro-spark deposition

To prepare high wear resistance and high hardness coatings, electro-spark deposition was adopted for depositing an electrode of a mixture of 92wt%WC+8wt%Co on a cast steel roll substrate. The coating was characterized by classical X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray analysis (EDX). The results indicate that the coating shows nanosized particulate structure and dendritic structure including columnar structure and equiaxed structure. The primary phases of the coating contain Fe₃W₃C, Co₃W₃C, Fe₂C and Si₂W. The coating has a low friction coefficient of 0.13, its average wear-resistance is 3.3 times that of the cast steel roll substrate and the main mechanism is abrasive wear. The maximum microhardness value of the coating is about 1573.9 Hv_0.3. The study reveals that the electro-spark deposition process has the characteristic of better coating quality and the coating has higher wear resistance and hardness.     

High-temperature oxidation resistance of ceramic coatings on titanium alloy by micro-arc oxidation in aluminate solution

Ceramic coatings with aluminum titanuate (Al₂TiO₅) were prepared on Ti–6Al–4V alloy using pulsed bi-polar Micro-arc Oxidation (MAO). The micromorphology and phase composition of the micro-arc-oxidition ceramic coatings on the titanium alloy were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) respectively. The results revealed that the distinct discharge channels and pores on the surface of the micro-arc-oxidition coatings appeared, and these channels were connected in the molten state. The electrolyte concentration was inversely proportional to the coating hardness; additionally, the coating prepared with sodium aluminate and sodium hypophosphite concentrations of 4 ?g/L and 0.5 ?g/L, respectively, was the most refined after high-temperature sintering, and it was demonstrated to better prevent oxidation. Increasing the electrolyte concentration coincided with fluctuating coating thermal shock resistance. The thermal shock resistance of the coating respectively prepared with sodium aluminate, and the sodium hypophosphite concentrations of 4 ?g/L and 0.5 ?g/L was the highest. Additionally, the high-concentration coatings performed significantly better than the low-concentration coatings. The oxidation resistance of the coating samples was also significantly higher than that of the TC4 titanium alloy substrate. The adhesion strength between the coatings and the substrate with and without the sealing treatment was measured by tensile tests. Then, the high-temperature oxidation performance of the coating samples with and without the sealing treatment was investigated by conducting a high-temperature oxidation experiment at a calcinating temperature of 500 ?°C. The results indicate that the adhesion strength between the coatings and substrate was high for the as-prepared and sealed micro-arc oxidation samples regardless of whether they were calcined. The high-temperature oxidation mass increase curves for the sealed and unsealed coating samples calcined at 500 ?°C for 500 ?h revealed that the high-temperature-oxidation-induced mass increase of the coating samples sealed with a sodium silicate solution was much lower than that of the titanium alloy substrate. Thus, the sealing treatment significantly improved the high-temperature oxidation resistance of the TC4 titanium alloy. Lastly, the high-temperature oxidation behavior at 500 ?°C was analyzed and discussed.     

炮钢表面等离子堆焊Fe基涂层及其烧蚀行为研究

在炮钢表面利用等离子堆焊分别制备了A、B两种Fe基耐烧蚀涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪分析了涂层的微观组织和元素含量,利用维氏硬度计测量了涂层的硬度,利用高速热流发生装置模拟了火炮发射时的高温高压环境,对涂层进行了烧蚀试验.结果表明,两种Fe基涂层均与基体形成了良好的冶金结合,涂层A的组织主要由Fe-Cr固溶体、Fe₃Ni₂及（Cr,Fe）₇C₃组成,涂层B的组织主要由Fe-Cr固溶体、Cr₃Ni₂、Fe_0.64Ni_0.36及Fe₇C₃组成.经过40次高速热流烧蚀后,电镜下观察涂层A发生的烧蚀行为,其烧蚀过程是由"晶间烧蚀"扩展到"沿晶烧蚀"最后到"全晶烧蚀",电镜下观察涂层B未发生明显的烧蚀行为,但是在热冷循环过程中产生了"穿晶"裂纹,与炮钢相比,两种涂层的耐烧蚀性能均有明显提高.      

不同制备方法对紫外光固化纳米复合涂层性能的影响

采用溶胶凝胶法制备SiO2纳米颗粒和机械共混法直接将气相法SiO2纳米颗粒分散在树脂中,然后通过紫外光固化制备纳米复合涂层.采用SEM观察SiO2在涂料的分散状态,并对涂层的光学性能和机械性能进行了测试表征.结果表明,采用溶胶凝胶法制备的SiO2在涂层中分散较好,制备的涂层透光性、雾度等光学性能较好;采用机械共混法分散气相SiO2制备的涂层SiO2团聚较多,透光性差,但由于气相法SiO2具有较大的比表面积,与树脂的结合性能较好,故其硬度、耐刮擦、耐冲击等力学性能较好.