医用Ti6Al7Nb合金氧化行为及其磨损性能

为提高生物医用Ti6Al7Nb合金表面的耐磨损性能,研究了在500~800℃空气中的热氧化行为以及其改善的磨损性能.研究结果表明:500~600℃氧化速率低,表面硬度较基体变化不大.在750℃以上,氧化速度增加,氧化动力学遵从抛物线规律,氧化物主要由TiO2和少量Al2O3组成.在800℃时,氧化物颗粒长大,氧化层疏松,极易剥落.综合考虑硬化层深度和氧化时间,得出最佳热氧化工艺参数为750℃氧化8 h.在此工艺下处理的钛合金表面硬度达到1 047 HV,耐磨性是原合金材料的280倍.分析了合金氧化后耐磨损性能的提高机制.     

Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe-xS合金在360℃LiOH水溶液中的耐腐蚀性能

通过高压釜腐蚀实验研究了添加微量S对Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe(质量分数,%)合金在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响.利用透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察和分析了合金及腐蚀后氧化膜的显微组织.结果表明:在Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe合金中添加5～570μg/g的S后,合金的耐腐蚀性能下降,且随着S含量的增加恶化趋势显著.S的表面偏聚、尺寸较大的Zr9S2和Zr3Fe第二相的析出,加速了氧化膜中缺陷扩散凝聚形成孔隙和微裂纹的演化过程,导致Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe-x S合金的耐腐蚀性能较差.     

提高Ti6Al4V耐磨性的热氧化工艺

针对钛合金具有耐磨性差等缺点,提出了钛合金热氧化处理工艺.选择Ti6Al4V合金在850℃下进行氧化/真空扩散处理,同时作为对比进行了长时间的直接氧化处理.研究结果表明:氧化时间和真空扩散是影响氧化层性质的关键因素,氧化时间达90 min时氧化层的致密性遭到破坏,氧化780 min时氧化层自动剥落;经过真空扩散处理可促进氧向基体内扩散,从而使氧化层中的TiO2转变为TiO,同时氧渗入基体中强化了表面层,二者共同作用改善了钛合金表面的摩擦性能,提高了钛合金的耐磨性;试样在850℃氧化45 min然后真空扩散12 h后,其强化层达到约200μm,且耐磨能力最强.     

Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr合金显微组织和力学性能的研究

不含有毒元素的β钛合金,具有较低的弹性模量和良好的生物相容性等特点,成为近年来研究的热点。采用电弧熔炼制备Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr钛合金,均匀化处理后在室温冷轧,随后在800 ℃固溶1 h后淬火。采用光学显微组织（optical microstructure, OM）和X射线衍射仪（X-ray diffractometer, XRD）分析合金显微组织与物相组成,采用维氏硬度计测试合金硬度,采用万能材料试验机进行拉伸测试。结果表明：合金固溶后均显示为单一β相。随着Cr含量的增加,合金的抗拉强度从690 MPa增加到776 MPa,维氏硬度从186增加到235。Ti-18Nb-10Zr-4Cr合金具有较高的强度（699 MPa）、较低的弹性模量（74 GPa）、良好的塑性（19%）和耐磨性,具有良好的生物应用前景。     

电脉冲处理对硅黄铜耐蚀性能的影响

采用电化学工作站和扫描电子显微镜等研究了电脉冲处理对硅黄铜合金耐蚀性能的影响.研究结果表明:经电脉冲处理后,硅黄铜合金的腐蚀电位略有提高,自腐蚀电流密度下降约一个数量级;容抗弧直径大小是未处理时的6~7倍,其脱锌层厚度由未处理时的80~90μm减小到电脉冲处理后的15~20μm.电脉冲处理后硅黄铜合金的耐蚀性优于未进行电脉冲处理的硅黄铜合金.     

Nb-Ti-Si三元系中化合物的形成序列

运用扩散偶技术将Nb-80%Ti, Nb-60%Ti, Nb-40%Ti和Nb-20%Ti合金与Si组成扩散偶在1 373 K时退火,用电子探针微区成分分析法对其扩散层进行成分分析.研究结果表明Si是Nb-Ti/Si界面反应中扩散最快的元素;Nb-80%Ti/Si,Nb-60%Ti/Si,Nb-40%Ti/Si,Nb-20%Ti/Si扩散偶的扩散通道分别为TiSi2→TiSi→Ti5Si4→Ti5Si3→Ti3Si→Beta,TiSi2→TiSi→Ti5Si4→Beta,NbSi2→Nb5Si3→Beta,NbSi2→Nb5Si3→Beta;此外,将这些扩散通道叠加到Nb-Ti-Si于1 373 K时的等温截面上,可以看出不同成分的Nb-Ti合金与Si扩散时中间化合物的形成序列.     

镍基合金C276在超临界水中的腐蚀行为

研究镍基合金C276在550~650益/25 MPa超临界水中的腐蚀特性。采用腐蚀增重、扫描电镜、能谱和X射线衍射方法分析材料的氧化动力学、氧化膜形貌、合金元素分布和组织结构。结果表明,C276合金在超临界水中以均匀腐蚀为主,其腐蚀增重服从抛物线生长规律。当温度由550益升高到600益时,材料的腐蚀增重大约升高到3倍;当温度进一步升高到650益时,材料的腐蚀增重反而下降。 C276合金表面氧化膜分层不明显,氧化膜的主要成分为( Ni,Fe) Cr2 O4,同时其表层离散分布着大量的NiO氧化物颗粒。 C276合金表面氧化膜的保护性能主要取决于氧化膜内Cr含量,Cr含量越高其结构越致密,从而保护性能也越好。     

铝合金表面高耐磨自润滑硬质阳极氧化膜的制备

以硫酸、草酸、氨基磺酸为基础电解液,分别添加0,5,15和25mL/L的PTFE乳液,在2024铝合金表面制备了PTFE复合硬质Al2O3氧化膜.利用扫描电镜、硬度计和摩擦磨损试验机等手段,对制备氧化膜的组织结构与性能及其复合机理进行了研究.结果表明:随着PTFE添加量的增加,氧化膜的厚度由没有添加PTFE样品的42μm增加到了51μm;硬度呈现先增加后降低的趋势,硬度最高为417HV.当PTFE乳液的添加量为25mL/L时,磨损时的失重量为7mg,是没有添加PTFE颗粒样品的三分之一.磨损时复合在氧化膜中的PTFE与对摩擦件接触时可形成润滑膜层,在保持高硬度的同时降低了摩擦系数,提高了膜的耐磨和自润滑性能.     

离子注入TiNi SMA及Co合金耐蚀性与血液相容性研究

采用离子注入法对生物医用TiNi形状记忆合金及二种Co合金进行表面改性，利用电化学测试技术，动态凝血时间及溶血率的测量，研究了改性前后合金的耐蚀性及血液相容性，结果表明，离子注入后合金的电化学稳定性显著提高，阳极极化性能变优，对TiNi、CoCrNiW和CoCrNiMo合金分别进行Mo C和Ti C双离子注入后，表面改性合金的腐蚀电位升高200mV以上，维钝电流密度减小，钝化区拓宽；合金的凝血时间延长，溶血率下降，说明离子注入提高了合金的耐蚀性及血液相容性，其中双离子注入较单离子注入效果更为显著，对双离子注入合金进行X射线衍射分析发现，在TiNi合金表面主要形成了TiC相及少量TiO、Mo2C、Mo9Ti4及Mo，在Co合金表面主要为CoCx和Co3Ti及少量TiC、TiO相，这些相弥散分布在合金表面，形成无序膜层，阻止了合金元素溶解，改善了合金的耐蚀性及血液相容性。     

Ce对Cu-Cr合金内氧化层组织和性能的影响

利用不同Ce含量的Cu-0.4Cr-Ce合金进行包埋内氧化处理,对所得的Cu/Cr2O3复合材料进行了显微组织观察,测定了内氧化层深、显微硬度、电导率及抗拉强度。结果表明:随着内氧化时间的延长,复合材料的内氧化层深增加;Ce的加入,不仅细化了晶粒,而且内氧化层深也相应加深,最高达770μm;同时Ce含量增加,也提高了Cu/Cr2O3显微硬度、电导率及抗拉强度,分别达到HV128、80%IACS和400MPa。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢真空渗氮处理

采用真空渗氮方法对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行表面强化处理。利用金相显微镜、XRD、显微硬度计及耐磨试验机研究了表面渗氮硬化层的显微组织、相组成、显微硬度和耐磨性能。结果表明:真空渗氮处理后,渗氮硬化层主要由γ-Fe、γ'-Fe_4N和CrN相组成;渗氮层厚度达200μm以上,表面硬度为1100-1200 HV,比基体硬度提高了4倍左右;在相同条件下,磨损质量损失约为未渗氮试样的1/8,磨痕宽度明显降低,真空渗氮可显著提高不锈钢的耐磨性。     

Ti-11V-3Al-3Sn合金的热氧化行为

研究了Ti-11V-3Al-3Sn合金在热氧化处理中合金元素的氧化行为.采用扫描电镜、X射线衍射和电化学分析系统主要分析了转化膜形貌、物相和阳极极化曲线.结果表明,合金元素使转化膜形成复杂化.氧化前期转化膜呈明显的"胞状"形态,后期才逐渐长成平面状.膜内物相除了常见的钛氧化物外,还出现了钒氧化物以及Ti、V、Al间复杂的二元、三元金属化合物.热氧化处理后试样的阳极极化曲线有较宽的钝化区,自腐蚀电流减小到自然态的1 2以下;随着时间的延长和温度的升高,转化膜厚度增加.     

高强耐磨铝青铜合金在10% H2SO4溶液中腐蚀的研究

利用X射线衍射、扫描电镜及静态浸泡腐蚀实验等方法,研究了高强耐磨铝青铜Cu-14%Al-x。合金在10％H2SO4溶液中的腐蚀行为,研究结果表明,该高强耐磨铝青铜合金在10％H2SO4溶液中具有较强的耐腐蚀性能;合金的腐蚀速率随温度的升高而增大,当温度由20℃上升至80℃时,腐蚀速率由0.0325mm／a增加到0.2608mm/a;腐蚀后试样表面w（Al）明显下降,w（Cu）明显增加,合金发生的腐蚀主要是脱铝腐蚀。     

医用不锈钢表面TiN薄膜的组织结构和力学性能研究

为改善医用不锈钢的耐磨性,采用反应磁控溅射在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜,研究了Ti过渡层沉积时间对TiN薄膜微观结构和力学性能的影响。通过Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、FST1000型薄膜应力测试仪、HSR-2M摩擦磨损试验机和WS-2005型涂层附着力自动划痕仪对样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,当Ti过渡层沉积时间为20 min,Ti过渡层厚度为340 nm时,TiN薄膜结晶性最强,硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.6 GPa和327.5 GPa,平均摩擦因数达到最小值0.45,临界载荷达到最大值24.7 N,TiN薄膜的力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力达到最优。进一步延长Ti过渡层的沉积时间,TiN薄膜的柱状晶组织粗化、力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力均降低。     

NC30 Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性

在PLINT微动磨损试验机上附加电化学测试系统,采用十字交叉接触方式,位移幅值为100μm,法向载荷20、50和80 N条件下,研究NC30Fe合金传热管在氯化钠溶液中的微动腐蚀行为。使用电化学工作站记录微动腐蚀过程中开路电位变化,运用电位扫描法测量微动过程的极化曲线;采用扫描电子显微镜观察磨痕的表面形貌,光学轮廓仪测定磨痕的三维形貌及磨损量。微动磨损使损伤区域金属原子活性增大,腐蚀倾向增大,加速了NC30Fe合金的腐蚀。在氯化钠溶液中,NC30Fe合金由于微动磨损过程产生腐蚀产物膜起到润滑减摩作用,摩擦系数较纯水中降低;但因腐蚀与磨损的交互作用,在氯化钠溶液中的磨损量比纯水中高。氯化钠溶液中的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层的共同作用。     

镍—铬合金与O2—SO2—SO3反应机理

本文研究了Ni16Cr,Ni16Cr3AI、Ni16Cr3Ti及Ni16Cr2Nb等合金在700℃,常压下于O_2-10％(SO_2+SO_3)环境条件下硫化-氧化行为.通过X-射线衍射及扫描电镜技术对腐蚀产物组成及形貌进行了观察。在含有SO_3的情况下,Nil6Cr合金腐蚀速度较快,加入2％的Nb,对其抗腐蚀性能无太大影响,加入3％的Al或Ti时的腐蚀速度明显下降。主要腐蚀产物以初始合金表面为界分为内、外两层。外层是NiO和Ni_3S_2的混合物,内层包括所有合金元素的氧化物和硫化物。整个反应中包含Ni由合金基体向腐蚀产物的外层扩散,以及硫和氧在相反方向上的迁移。腐蚀产物层中传质分析表明,氧化物-硫化物混合产物层的组织形态,对控制整个传质过程起着主要作用。     

Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金的辉光离子渗氮

研究了Ti 46.5Al 2.5V 1.0Cr合金的辉光离子渗氮,气氛为NH3。当采用900℃×9h工艺参数时,渗层硬度值可达1097HV,与基体相比,耐磨性提高2.5倍,渗层深度可达10μm以上,与高温气体渗氮相比,渗氮时间缩短至1/5,渗层深度增加到2.5倍。     

氩弧制备熔覆层的性能及分析

循环流化床锅炉水冷壁管高温7中蚀磨损是目前阻碍循环流化床锅炉发展的主要技术难题。现在人们重点研究其磨损机理及有效的防磨措施。本文先分析了循环流化床锅炉水冷壁管磨损的失效机理,采用电弧喷涂合金涂层,并使用氩弧重熔技术制备得到了具有冶金结合的耐磨涂层,并对涂层进行了硬度实验及分析,高温冲蚀磨损试验及分析,显微组织分析。分析表明：熔覆层表面硬度高达1200HV,组织均匀,与基体之间冶金结合,并表明熔覆层的硬度是20G铜的6～7倍,耐高温冲蚀性能为20G钢的2．5～4倍。涂层的磨损行为介于塑性和脆性磨损之间,并以塑性磨损为主,具有良好的抗高温冲蚀磨损性能。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

高速铁路接触线用高强高导Cu-Cr-Co/Ti合金的组织性能研究

采用真空熔炼制备了Cu-0.50Cr-xCo合金和Cu-0.50Cr-0.07Ti合金,研究了Co含量、变形量、时效温度和合金元素Co、Ti对合金的组织性能的影响。结果表明：随着Co含量的增加,Cu基体中的晶界处逐渐出现未固溶的Cr颗粒;随着变形量的增加,Cu-0.50Cr-xCo合金的显微硬度、抗拉强度分别从129.1 HV和379 MPa增加到146.2 HV和440 MPa,分别增加了13%和16%。而电导率仅从66.8 %IACS下降到65.1 %IACS;提高Cu-0.50Cr-0.10Co合金的时效温度并不能提高合金的综合性能。在实际生产中,Cu-0.50Cr-0.10Co合金的时效温度要控制在450 ℃以下;Cu-0.50Cr-0.07Ti合金的抗拉强度和电导率分别达到450 MPa和73.1 %IACS,Ti元素的强化效果明显优于Co元素的,且对Cu-0.50Cr合金的导电性能影响更小。