功率输入对激光熔覆镍基涂层组织和裂纹生成的影响

为研究激光功率对激光熔覆涂层组织和性能的影响,采用IPG光纤激光器在45#钢基材表面进行不同功率下的Ni45镍基自熔性合金粉末激光熔覆的多道搭接.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和渗透探伤等,探讨了激光功率对熔覆层物相、显微组织、熔覆层硬度以及宏观裂纹产生的影响,并分析了裂纹与组织性能之间的关系.结果表明,随着激光功率的提高,熔覆层稀释率增大;激光功率的改变对熔覆层的物相无明显影响;显微组织在不同功率下大致相同,都是由胞晶、树枝晶结构组成,晶粒大小与分布随功率的改变而发生变化;熔覆层的显微硬度随着功率的提高先增加后减少;随着组织晶粒的细化及分布的规则化、硬质相的增加和熔覆层硬度的提高,熔覆层裂纹增多.     

船舶机械中WC-12Co金属陶瓷涂层性能研究

采用HVOF喷涂工艺制备了2种多峰结构和1种亚微米结构WC-12Co涂层,并采用SEM、XRD等方法对3种涂层进行了显微组织、相结构及显微硬度分析;在进行涂层球盘磨损试验的基础上,探讨了多峰WC-12Co涂层的磨损机理.研究结果表明:由含质量分数为30%纳米WC-12Co的粉末制备的多峰涂层WC氧化脱碳程度最低,显微硬度最高;采用含质量分数为50%纳米WC-12Co的粉末制备的多峰涂层耐磨损性能最为优良,可望作为耐磨涂层应用于船舶机械.     

光纤传输激光熔覆装备维修技术研究

采用光纤传输激光熔覆加工系统分别在碳钢、铸铁、铜合金、铝合金试样表面制备了功能涂层;利用扫描电镜观察涂层的微观结构特征,利用显微硬度计、拉伸试验机、数显式高速环块磨损试验机测试涂层的相关性能.试验结果表明,采用激光熔覆技术能制备出与基材性能一致或性能显著优于基材的功能涂层.应用实践证明,采用激光熔覆技术对舰艇装备金属部件进行修复与强化是可行的,可大大提升装备维修能力和水平;采用光纤传输、柔性加工,机动性更强,为远程及舱内装备在线保障提供高新技术手段.     

裕溪船闸闸门底枢蘑菇头和轴的激光熔覆试验研究

以裕溪一线船闸扩容改造工程中34 m口门三角闸门的底枢蘑菇头和轴为研究对象,从宏观金相、微观组织、X射线衍射仪、硬度计检测熔覆层的表面硬度以及盐雾试验机测试试件的耐腐蚀性等方面,对不同的基体材料和激光熔覆粉末进行试验对比研究。结果表明:Ni40粉末和Co40粉末都具有较高的硬度和优良的耐腐蚀性能,满足底枢蘑菇头和轴激光熔覆的性能要求。Fe40和其他2种材料相比,在各种性能上都存在差异,不适合用作激光熔覆粉末。     

海洋构筑物表面等离子熔覆TiC/Ni复合材料涂层的人体步进防滑性能

随着海洋活动增加,军舰、商船、海上钻井平台等海洋构筑物表面滑摔现象频发,已经严重影响人员安全和海洋事业的发展。为了解决这个问题,世界各国纷纷利用表面处理技术制备各类涂层,提高海洋构筑物表面的防滑性能。本试验采用等离子熔覆技术在45钢表面制备TiC/Ni合金粉末制备人体步进防滑涂层,分析了涂层步进摩擦系数、显微组织、摩擦磨损性能、涂层材料和表面形貌对涂层防滑性能的影响。结果表明:加入TiC不仅提高了涂层的耐磨性,还提高了涂层的步进摩擦系数。随着TiC含量的增加,涂层摩擦系数和耐磨性均增加,除此之外涂层表面三维形貌、涂层材料都会对步进摩擦产生影响,并且干态摩擦系数大于湿态摩擦系数;相对于等离子喷涂制备的涂层,等离子熔覆制备的涂层虽然步进摩擦系数略低,但耐磨性明显提高。     

铝合金表面激光熔覆中影响熔池流动性的研究

介绍了采用Ni粉末进行ZL108激光表面合金化熔覆的工艺.建立评价铝合金表面激光熔覆中熔池的流动性的参数模型.在激光作用下,合金层中生存的金属间化合物强化相.合金层的机械性能得到明显提高,稀土元素具有改善合金层品质的良好作用.     

Ni3Al(Cr)合金室温干滑动摩擦磨损性能研究

采用真空电弧熔炼法制备添加不同Cr含量的Ni_3Al (Cr)合金,观察其组织和力学性能变化,以Si_3N_4为对磨副,探究不同载荷下Ni_3Al (Cr)合金的摩擦磨损机制.利用扫描电子显微镜拍摄材料的组织以及磨痕、磨痕截面形貌,测量磨痕截面显微硬度的变化.研究结果表明:随着Cr含量的增加,Ni_3Al (Cr)材料的硬度,摩擦系数和磨损率不断增加,Ni_3Al-12Cr合金的摩擦磨损性能较好.随着载荷的增加,Ni_3Al (Cr)合金的摩擦系数略有减小,磨损率不断升高;Ni_3Al合金随载荷的增加磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为疲劳磨损,剧烈的剥层磨损为主,并伴有氧化磨损,而Ni_3Al-12Cr合金在不同载荷下磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

钎缝间隙对1Cr18Ni9Ti/B30真空钎焊接头组织的影响

采用AgCu32Pd10钎料对不锈钢1Cr18Ni9Ti和B30异种合金进行真空钎焊连接试验,通过金相显微镜和扫描电镜分析了不同钎缝间隙真空钎焊接头的金相组织和焊缝元素分布。结果表明,钎缝间隙对钎焊接头的组织有较大影响,当钎缝间隙增大时,钎焊接头组织变得复杂,钎焊接头界面结构为1Cr18Ni9Ti/含Fe和Pd的Cu-Ni固溶体+Ag-Cu固溶体+含Pd的Cu-Ag固溶体/B30。     

保温时间对Mo-50 Re/Ni-Cr-Si-B真空钎焊接头微观组织的影响

在Mo-Re合金成功连接基础上,进一步研究钎焊保温时间对Mo-Re/Ni-Cr-Si-B接头微观组织的影响.通过研究不同保温时间的接头显微组织、物相及元素分布变化,揭示钎焊保温时间对Mo-Re/Ni-Cr-Si-B接头界面形成机理的影响规律.结果表明:钎焊保温时间20 min,获得的钎焊接头组织主要由柱状晶σ(Mo_2Re_3)相、Ni(Mo,Re)固溶体、Γ_1相,以及少量NiSi_2、CrB、MoNi化合物等相组成.随着保温时间的增加,钎缝中Ni(Mo,Re)固溶体有向钎缝中心扩展的趋势,而Γ_1相及NiSi_2、CrB和MoNi等相减少.保温时间为45 min时,钎缝由单一的Ni(Mo,Re)固溶体组成,且随着保温时间的增加,元素分布也趋于均匀.     

新型Ni55Fe35Si10钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢的真空钎焊

采用新型三元不含B元素的Ni55Fe35Si10钎料对1Cr18 Ni9Ti不锈钢进行润湿试验及搭接钎焊试验研究.试验在真空钎焊炉中进行,保温温度分别为1 180℃和1 220℃,保温时间为10 min.对所得润湿试样进行润湿角测量,并用扫描电镜和能谱对钎焊试样微观组织和元素分布行为进行观察和分析.最后,采用显微硬度计...     

Cu-P基非晶钎料及钎焊Cu/CuCrZr的接头组织研究

无氧Cu和CuCrZr合金的连接是聚变装置中偏滤器部件加工的关键技术问题.本研究采用急冷甩带制备了Cu_(78.9)Ni_(11.3)P_(9.8)和Cu_(79.1)Ni_(5.4)P_(6.3)Sn_(9.2)两种非晶钎料,用于Cu和CuCrZr的钎焊连接.通过X-射线衍射、差示扫描量热和热差分析技术、光学金相和电子探针方法对比研究了两种非晶钎料的晶化与熔化行为、焊缝的元素成分分布、组织形貌和物相组成.结果表明:Cu_(78.9)Ni_(11.3)P_(9.8)和Cu_(79.1)Ni_(5.4)P_(6.3)Sn_(9.2)非晶的晶化模式不同,但两者的晶化和凝固产物均为(Cu,Ni)_3P与Cu固溶体相的混合组织,它们的液相线温度分别为661°C和645℃;两种非晶在735℃钎焊温度下均可获得由Cu固溶体、(Cu,Ni)_3P和(Ni,Cr,Cu)_2P金属间化合物相组成的无裂纹接头组织.其中,Cu_(79.1)Ni_(5.4)P_(6.3)Sn_(9.2)焊缝中的(Ni,Cr,Cu)_2P围绕(Cu,Ni)_3P晶粒呈网状连续析出,而Cu_(78.9)Ni_(11.3)P_(9.8)焊缝中的金属间化合物相不呈网状分布.     

结晶器CuNiCoBe合金表面等离子喷涂WC-Co及Mo/WC-Co复合涂层的性能

采用等离子喷涂方法在CuNiCoBe合金表面制备了单一WC-Co涂层和Mo/WC-Co复合涂层.利用扫描电镜(SEM)对涂层的微观形貌进行观察分析,并对涂层的结合强度、抗热震性能以及涂层的摩擦性能分别进行了研究.结果表明:涂层为典型的层叠结构,涂层与基体、涂层与涂层之间结合良好;复合涂层与基体间的结合强度及涂层的抗热震性能均优于单一涂层;WC-Co涂层的平均摩擦系数随着温度的升高而下降.     

原位TiC颗粒增强铁基复合材料的磨粒磨损性能研究

采用在普通碳钢的熔炼过程中加入钛的方法制备了不同成分的原位自生TiCP/Fe复合材料,在观察显微组织和测定性能的基础上进行了磨粒磨损特性研究.结果表明,简单的熔铸法可以制备不同体积分数的TiCP/Fe复合材料,材料中TiC以细小的规则多边形状存在.高硬度TiC的形成使得复合材料抗磨粒磨损特性得到提高,其性能总体上随TiC颗粒体积分数的增加而提高,在5～35N载荷范围内,载荷越大,TiC含量越高,表现出越优异的耐磨性能.当制备复合材料时添加过量的Ti使基体中Fe3C消失时,材料宏观硬度降低,但复合材料耐磨性仍得到提高.复合材料的磨损机制以犁削和磨沟为主,形成一次磨屑.     

真空钎焊WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层热疲劳试验工艺研究

选用Q235B钢作为基体材料,采用镍包碳化钨颗粒作为硬质相,以BNi-2为钎料,在1 080℃的温度条件下通过真空钎焊技术制备了WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层,对涂层试样进行热疲劳循环试验,循环次数为100次,观察试验后涂层的宏观形貌和微观结构,对涂层的物相组成以及热疲劳裂纹产生的过程进行讨论分析,对包覆涂层热疲劳试验的工艺进行研究.研究结果表明:所得涂层的最佳热疲劳上限保温时间为220 s,下限保温时间为20 s.当上限温度设置为500℃,基本观察不到试样的热疲劳行为;600℃时,涂层出现较粗大的宏观裂纹,在微观界面中观察到裂纹的萌生与扩展;800℃时,涂层出现粗大的贯穿型裂纹,将涂层完全破坏,在微观界面中观察到裂纹的加深加粗及迅速扩展.通过热力学计算可得,当试验上限温度在570℃以下,涂层的热疲劳性能受材料内部的热应力影响较大;当试验上限温度超过570℃时,涂层的热疲劳性能受热应力与粉末氧化的综合作用影响.     

(FeCoNiMo)90Al10高熵合金的高温抗氧化性

采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪等研究了(FeCoNiMo)_(90)Al_(10)高熵合金的凝固组织、相组成、力学性能以及高温抗氧化性能.结果表明:(FeCoNiMo)_(90)Al_(10)高熵合金在1 173 K分别保温25,50,75和100 h后,依然具有较高的硬度,同时表现出较优的抗氧化性能;随着保温时间增加,氧化增重曲线呈抛物线上升趋势;保温75 h后,形成了致密的Al_2O_3氧化层,合金氧化速度趋于缓慢.     

螺旋桨材料空泡腐蚀机理的扫描电镜研究

本文采用磁致伸缩空蚀机、转盘空蚀机和扫描电镜,研究了 Zcuzn37Mn3Fe1Sn1和 ZCuMn13A18Fe3Ni2铜合金和T_(A5)钛合金等材料的空蚀过程和空蚀表面形貌,并探索了不同相结构的合金的空蚀规律。用扫描电镜对空蚀试样表面进行定期观察的方法,发现了一些新的物理现象,为空蚀机理的研究提供了试验证据,诸如:扇状花样的出现,证实了冲击波破坏机制的存在;初熔现象的出现,说明空蚀过程中存在高速绝热变形。相结构的晶体类型、显微硬度,及其分布规律,尤其是相界面的结构形态对空蚀产生显著的影响。研究表明,在青铜螺旋桨材料中,采用固溶强化和沉淀强化以及相界强化等手段,使α相得到充分强化,是发展具有高抗蚀能力的现代螺旋桨材料的研究方向。     

HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究

[目的]为提升2024铝合金表面的耐蚀性能,开展先进涂层制备技术及其腐蚀行为研究。[方法]采用空气超音速火焰喷涂(HVAF)制备铝基非晶合金涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对非晶涂层及2024铝合金基体的成分、微观结构进行分析。采用电化学工作站监测非晶涂层和铝合金基体在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并借助扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察。[结果]结果表明:HVAF工艺较高的喷涂速度有效降低了涂层的孔隙率(0.35%);同时,较高的喷涂速度使得熔化颗粒的冷却速度高于非晶形成所需的临界冷却速率,极大增加了涂层的非晶含量(高达81.3%)。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,铝基非晶合金涂层的耐蚀性能优于2024铝合金基体,其钝化电流密度为8×10~(-6)A/cm~2,点蚀电位约为-0.30VSCE,低频下的阻抗值约为2024铝合金基体的4倍。铝基非晶合金涂层的腐蚀机制为均匀腐蚀,而2024铝合金基体为点蚀。[结论]HVAF工艺可制备具有高非晶相含量、低孔隙率的铝基非晶合金涂层,能明显改善铝基非晶合金涂层的耐蚀性能。     

基于电化学氮还原法的数值模拟仿真研究

为了改善工业上获取氨资源的严苛工况,使大气中游离的氮气能够在室温条件下得到还原,为实现电化学催化还原的预期目标提供了一条有效途径.然而,电化学腐蚀及阴极材料自身衰退等问题的存在,很大程度上影响催化效率,因而激发了更具有潜质的电极材料设计工作.文中基于第一性原理计算,系统研究了单个过渡金属元素(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo)原子掺杂到一种单层有机金属框架(MOF)上对氮气还原反应的催化性能.计算结果表明:单个钼(Mo)原子在掺杂后拥有最好的氮气还原活性表现,其中~*N_2质子化为~*NNH是整个反应过程的速率控制步骤,且对应的起始电位为0.24 V.此外,一种简单的描述符号(即~*NNH的吸附能)被发现可以用来很好预测不同体系的过电势大小,为理论计算筛选工作提供了便捷和理论指导.     

Sn-18Bi-XCu低温无铅钎料微观组织及力学性能

Sn-Bi系钎料作为一种低熔点钎料在低温封装领域有着广阔的应用前景.但是Bi性质脆弱,使得Sn-Bi系钎料表现出脆性大,塑性差的特点,影响焊接接头性能.文中采用合金化的方法,通过在Sn-18Bi钎料中添加第三组元Cu制备新型的Sn-18Bi-XCu低温无铅钎料,并对其微观组织及力学性能进行分析.结果表明:当Cu质量分数约为0.5%时可以使脆硬相Bi细小分散,避免形成粗大的富Bi带,缩小合金的熔化温度范围,使钎料获得最佳的组织和力学性能.这主要是由于在钎料基体中原位生成细小弥散的棒状或杆状的Cu-Sn金属间化合物的钉扎强化作用.     

Ta含量对Cr-Ta-N薄膜的微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能的影响

采用射频磁控溅射制备了不同Ta含量的Cr-Ta-N薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和三维形貌仪等设备对薄膜的成分、微观结构、力学和室温摩擦磨损性能进行表征.结果表明,Cr-Ta-N薄膜呈面心立方(fcc)结构,为Ta固溶在Cr N晶格中的置换固溶体.随着Ta含量的升高,Cr-Ta-N薄膜的硬度先逐渐升高后基本趋于稳定.当Ta质量百分含量增加到1.74%时,Cr-Ta-N复合膜的硬度最大,达到31.9GPa.在室温条件下,Cr-Ta-N薄膜的平均摩擦系数和磨损率随Ta含量的升高逐渐减小.当薄膜中Ta质量百分含量为3.37%,薄膜平均摩擦系数以及磨损率最小,其最小值分别为0.52、1.77×10~(-8)mm~3·N~(-1)·mm~(-1).