检索结果-南通市图书馆

作者：薛明明河北工业大学

学位级别：硕士

高熵合金涂层具有简单的固溶体结构、较高的硬度,优良的耐磨性和耐蚀性,良好的抗氧化性等一系列优异的性能。高熵合金涂层中各组成元素在种类和含量上的改变会引起涂层的结构和性能的较大变化。本论文选择Fe Co Ni Cr系高熵合金,利用等... 详细信息

高熵合金涂层具有简单的固溶体结构、较高的硬度,优良的耐磨性和耐蚀性,良好的抗氧化性等一系列优异的性能。高熵合金涂层中各组成元素在种类和含量上的改变会引起涂层的结构和性能的较大变化。本论文选择Fe Co Ni Cr系高熵合金,利用等离子喷涂制备了FeCoNiCrAl、FeCoNiCrMn、FeCoNiCrMo三种高熵合金涂层。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪表征了涂层的微观组织和相组成。利用显微硬度计和微米压痕仪分别测试了涂层的硬度和弹性模量;采用摩擦磨损试验机测试了涂层的耐磨性,并分析了磨损机理;利用电化学工作站测试了涂层的电化学阻抗谱,并揭示了耐蚀机制;对涂层进行氧化处理,分析了其抗氧化性能。结果表明:三种高熵合金涂层均呈现典型的层状结构,涂层组织致密。其中,FeCoNiCrAl涂层由BCC相、FCC相和AlO组成。FeCoNiCrAl粉末在喷涂过程中发生了相变,由BCC转变成了FCC。FeCoNiCrMn涂层由FCC相和少量的MnCrO组成。FeCoNiCrMo涂层由FCC相和FeCrO组成。三种涂层中均存在大量的纳米尺寸颗粒,喷涂激冷细化了高熵合金涂层的晶粒。FeCoNiCrMn和FeCoNiCrMo涂层中局部出现了典型的共晶组织。FeCoNiCrAl、FeCoNiCrMn和FeCoNiCrMo三种涂层的平均显微硬度分别为550.10 HV、440.90 HV和606.15 HV。晶格畸变效应和固溶强化效应对涂层硬度的影响较大,且三种涂层具有明显的硬度压痕尺寸效应。三种涂层在断裂时主要发生的是韧性断裂。三种涂层的弹性模量大小比较如下:E>E>EFeCoNiCrMn。FeCoNiCrAl涂层的磨损机理是疲劳磨损为主,磨粒磨损为辅。FeCoNiCrMn涂层的磨损机理主要是疲劳磨损,其次是黏着磨损。FeCoNiCrMo涂层的磨损机理主要是疲劳磨损。同时在摩擦磨损过程中三种涂层均发生了氧化反应。三种涂层耐磨性最好的是FeCoNiCrMo涂层。FeCoNiCrAl涂层的耐腐蚀性能最好,其腐蚀机制主要是固溶体中的金属元素作为阳极被溶解,其中Fe、Cr元素最易转化成Fe离子和Cr离子。从室温加热到1200℃时FeCoNiCrAl、FeCoNiCrMn、FeCoNiCrMo三种涂层氧化增重分别约2.07%、3.62%、6.24%。对三种涂层进行氧化处理,三种涂层均形成了尖晶石类氧化物,其中FeCoNiCrAl涂层的抗氧化性能最好。

关键词：高熵合金涂层显微组织耐磨性耐蚀性抗氧化性

反应等离子喷涂（TiCr）N复合涂层的组织结构与性能研究

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反应等离子喷涂（TiCr）N复合涂层的组织结构与性能研究

作者：李润豪河北工业大学

学位级别：硕士

TiN涂层常用来强化机械零件,切削工具和研磨工具的表面。此应用基于TiN的优异性能,例如高硬度,低摩擦系数和良好的耐腐蚀性。但是TiN有限的抗氧化性使其不适用于高温环境。第三元素的添加在一定程度上弥补了TiN在实际工作环境中的缺点... 详细信息

TiN涂层常用来强化机械零件,切削工具和研磨工具的表面。此应用基于TiN的优异性能,例如高硬度,低摩擦系数和良好的耐腐蚀性。但是TiN有限的抗氧化性使其不适用于高温环境。第三元素的添加在一定程度上弥补了TiN在实际工作环境中的缺点。添加Cr元素制备的(TiCr)N复合涂层由于具有高硬度,高温抗氧化性和低摩擦系数的特性,近年来受到了广泛的关注。现在应用较广的制备(TiCr)N的方法包括反应磁控溅射,物理气相沉积,化学气相沉积和阴极离子镀。因等离子喷涂方法可以制备大多数金属复合涂层和陶瓷涂层,本论文采用等离子喷涂和燃烧合成相结合的方式(反应等离子喷涂)制备了(TiCr)N涂层。为复合氮化物的制备提供了一种新方法。在本研究中,通过热力学分析以及前期实验发现,制备(TiCr)N复合涂层需要在高N气浓度气氛下喷涂,喷涂使用的Ti-Cr粉末要经过金属重构处理。喷涂Ti和Cr的金属重构粉末,制备了(TiCr)N复合涂层。用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)分析了(TiCr)N复合涂层的相组成和微观组织,揭示了涂层中Cr原子的存在形式。使用透射电子显微镜(TEM)和能谱分析仪(EDS)分析了所制备的(TiCr)N复合涂层的晶体结构,并通过对比实验研究了Cr元素含量对(TiCr)N复合涂层硬度和耐磨性的影响。将TiN涂层与(TiCr)N复合涂层在600°C、700°C、和800°C进行高温氧化处理,通过记录氧化增重速率和表面物相变化分析其高温抗氧化性能。研究发现(TiCr)N复合涂层主要由(TiCr)N和Cr相组成,(TiCr)N的微观结构是尺寸为50-150nm的晶粒组成的,当Ti-Cr重构粉末中Cr含量低于15wt.%时,Cr原子完全进入TiN晶格,Cr含量超过20wt.%时,(TiCr)N复合涂层中出现Cr单质相。Cr原子替代Ti进入TiN晶格,引起一定程度的晶格畸变,同时Cr原子在喷涂过程中抑制了Ti原子的高温氧化,导致涂层硬度明显高于TiN涂层。(TiCr)N涂层的硬度和耐磨性受其Cr含量的影响,在Cr含量低于15wt.%时,(TiCr)N涂层的硬度和耐磨性随Cr含量的增加而增强,在Cr含量高于15wt.%时,(TiCr)N涂层的硬度和耐磨性随Cr含量的增加而降低。(TiCr)N复合涂层的氧化增重速率明显低于TiN涂层,在600°C下氧化,TiN涂层的Ti已经充分被氧化,而15wt.%Cr和30wt.%Cr的(TiCr)N复合涂层表面依然可以检测到明显的(TiCr)N相,这说明Cr元素的掺杂可以显著提高(TiCr)N涂层的高温抗氧化性。

关键词：反应等离子喷涂 (TiCr)N复合涂层组织结构硬度耐磨性高温抗氧化性

负载型过渡金属氧化物催化剂热催化分解甲基膦酸二甲酯的研究

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负载型过渡金属氧化物催化剂热催化分解甲基膦酸二甲酯的研究

作者：高寒军事科学院

学位级别：硕士

传统的毒剂防护技术为无铬浸渍炭吸附技术,存在防护谱窄、饱和失效和陈化失活等问题,不适应日益增长的多元化学威胁防护需求,替代技术成为目前研究的热点。热催化分解净化技术可将毒剂分子催化分解为无毒或低毒的小分子物质,显示出广阔... 详细信息

传统的毒剂防护技术为无铬浸渍炭吸附技术,存在防护谱窄、饱和失效和陈化失活等问题,不适应日益增长的多元化学威胁防护需求,替代技术成为目前研究的热点。热催化分解净化技术可将毒剂分子催化分解为无毒或低毒的小分子物质,显示出广阔的军事应用前景。然而,毒剂分子所含的杂原子易造成催化剂失活,研制高效、稳定的催化剂是该技术的关键。负载型过渡金属氧化物催化剂具有独特的电子结构和化学性质,展现出热催化分解毒剂的研究价值。本论文的目标是通过研究负载型过渡金属氧化物催化剂对沙林模拟剂—甲基膦酸二甲酯(DMMP)的热催化分解性能,获得较优的催化剂组分,并利用多种表征分析手段,研究热催化分解DMMP的产物组成,探讨热催化分解DMMP的反应途径及催化剂活性下降的原因。通过等体积浸渍法制备了负载型单活性组分金属氧化物催化剂,研究了γ-AlO分别负载过渡金属氧化物(Ni、Fe、Cu、Mn、Co、Ce)对DMMP的热催化分解性能;考察了三种常用催化剂载体(γ-AlO、TiO、ZrO)负载最优活性组分时催化剂的热催化分解性能;在最优组分催化剂的基础上,进一步优化了活性组分的负载量,研究了不同反应温度、空速条件的影响。实验结果表明,在负载型过渡金属氧化物MO/γ-AlO(M为Mn、Ni、Fe、Co、Cu和Ce)中,CuO组分显示出了较好的热催化分解性能,5%CuO/γ-AlO在400℃下对DMMP的防护时间达到377 min;在以γ-AlO、TiO和ZrO为载体的负载型CuO催化剂中,CuO/γ-AlO的热催化分解性能最佳;CuO负载量对CuO/γ-AlO的热催化分解性能有显著影响,5%是负载CuO的最适比例;升高反应温度能够延长5%CuO/γ-AlO对DMMP的防护时间,降低反应空速有利于提高5%CuO/γ-AlO对DMMP的处理量。通过多种分析手段对DMMP在5%CuO/γ-AlO上的热催化分解产物展开研究。质谱和红外气体分析仪的结果显示,DMMP在5%CuO/γ-AlO上热催化分解的气态产物包括甲烷、甲醇、氢气和二氧化碳,未检测到一氧化碳和有机磷产物;X射线光电子能谱、红外光谱、离子色谱和ICP-OES的分析结果显示,被穿透的5%CuO/γ-AlO表面和体相中均含有较多磷元素,催化剂表面的磷物种包括磷酸和甲基膦酸。表面磷物种的沉积和金属磷酸盐的生成破坏了催化剂的孔结构和晶体结构,是5%CuO/γ-AlO热催化分解活性下降的主要原因。为进一步改善负载型CuO催化剂对DMMP的热催化分解性能,通过共浸渍法制备了负载型双活性组分金属氧化物催化剂CuO-MO/γ-AlO(M为Fe、Mn或Ce),考察了第二活性组分对CuO-MO/γ-AlO热催化分解DMMP性能的影响,研究了第二活性组分的最佳负载量,探讨了第二活性组分影响催化剂反应性能的作用机制。实验结果表明,负载型双活性组分催化剂CuO-MO/γ-AlO(M为Fe、Mn或Ce)均表现出了优于5%CuO/γ-AlO的热催化分解性能,其中,CeO作为第二活性组分时,催化剂的性能最佳;当CuO的负载量为5%时,随着CeO负载量的增加(1%、5%、10%),负载型铜铈催化剂的防护时间先升高后降低,CeO的最佳负载量为5%,其在350℃下对DMMP的防护时间达到237 min。XRD、XPS和H-TPR等表征结果显示,该催化剂中的Cu、Ce组分产生了较强的相互作用,其作用方式可能包含Cu组分对CeO晶格的掺杂,相互作用促进了表面吸附氧的生成,有利于催化剂对DMMP的热催化分解反应。

关键词：热催化分解甲基膦酸二甲酯毒剂负载型金属氧化物催化剂化学防护

TWIP/TRIP多层复合钢界面调控与变形机理研究

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TWIP/TRIP多层复合钢界面调控与变形机理研究

作者：杜杰杰河北工业大学

学位级别：硕士

采用高强度钢板是实现汽车轻量化的主要手段之一,近些年来人们相继开发了一系列的先进高强度钢,其中TWIP/TRIP钢由于具有优异的加工硬化能力成为研究的热点。传统TWIP/TRIP钢使用状态为完全再结晶态,组织为奥氏体,屈服强度较低,限制了TW... 详细信息

采用高强度钢板是实现汽车轻量化的主要手段之一,近些年来人们相继开发了一系列的先进高强度钢,其中TWIP/TRIP钢由于具有优异的加工硬化能力成为研究的热点。传统TWIP/TRIP钢使用状态为完全再结晶态,组织为奥氏体,屈服强度较低,限制了TWIP/TRIP钢的进一步应用。本文将TWIP钢和TRIP钢热轧成多层复合钢,利用弥散强化和预应变强化来提高多层复合钢屈服强度。具体研究内容及结论如下:(1)本文以三种不同成分的Fe-Mn-Si-Al基TWIP/TRIP钢为研究对象,研究了其拉伸过程中微观组织演变及加工硬化行为。根据加工硬化曲线的起伏变化情况,将加工硬化曲线分成不同阶段,具体分析不同应变条件下应力诱发ε马氏体、形变孪晶及位错滑移对加工硬化的影响规律。(2)选取性能优异的TWIP钢和TRIP钢通过真空轧制技术制备TWIP/TRIP多层复合钢,研究界面在轧制过程中的演化规律及对组织与性能的影响。研究发现在热轧的过程中界面氧化物随着轧制压下量的增加,逐渐变薄进而断裂最后弥散分布在界面处,基体内部发生动态再结晶。较厚的氧化层阻碍了晶粒的进一步长大起到细化晶粒的作用,当氧化层阻碍作用较小时,晶粒穿过界面跨越到相邻层,使界面结合强度进一步提高。(3)研究了冷轧预应变和热处理对TWIP/TRIP多层复合钢组织与性能的影响。预应变后产生充足且比例适宜的形变孪晶及ε马氏体,随后对预应变后的TWIP/TRIP多层复合钢进行低温马氏体回复处理。利用马氏体相变的可逆性,使ε马氏体回复为较软的奥氏体基体,形变孪晶及位错在此温度下具有较高热力学稳定性依然保留。在之后成形过程中,变形奥氏体通过形变孪晶和高密度位错提高多层复合钢的屈服强度,较软的奥氏体基体通过再次发生形变诱发ε马氏体相变,保证了良好的加工硬化率和塑性。不同预应变轧制压下量和热处理工艺相结合可以实现不同的强度和塑性的匹配,实现了TWIP/TRIP效应的异步协同作用,为提高TWIP/TRIP多层复合钢屈服强度提供了一种新方法。

关键词： TWIP/TRIP钢多层材料预应变回复处理屈服强度加工硬化

NiCrBSi-TiN复合梯度涂层的制备工艺及组织性能研究

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NiCrBSi-TiN复合梯度涂层的制备工艺及组织性能研究

作者：陈景柏河北工业大学

学位级别：硕士

为了制备具有高耐磨性能的钻杆接头耐磨带,本文利用反应等离子喷涂工艺制备了不同TiN含量的NiCrBSi-TiN复合涂层,研究了涂层的组织形貌,显微硬度和摩擦磨损性能,从而确定了耐磨带涂层表层工作层的材料。然后研究了感应重熔工艺对TiN含量... 详细信息

为了制备具有高耐磨性能的钻杆接头耐磨带,本文利用反应等离子喷涂工艺制备了不同TiN含量的NiCrBSi-TiN复合涂层,研究了涂层的组织形貌,显微硬度和摩擦磨损性能,从而确定了耐磨带涂层表层工作层的材料。然后研究了感应重熔工艺对TiN含量为30%的NiCrBSi-TiN复合涂层组织和性能的影响。最后通过反应等离子喷涂原位感应重熔工艺成功制备出了NiCrBSi-TiN梯度涂层,并研究了其组织和性能。结果表明:NiCrBSi-TiN复合涂层中TiN含量的变化对显微硬度的韦伯特征值影响不大,而对韦伯模数影响却较为明显。当TiN含量为30%时,复合涂层显微硬度的韦伯模数最大,涂层的组织成分最为均匀,机械稳定性最好。TiN含量变化未对NiCrBSi-TiN复合涂层的摩擦系数产生明显影响,但对磨损过程中的磨损体积发生了显著变化。当TiN含量为30%时,复合涂层表现出了最佳的耐摩擦磨损性能。因此,选择TiN含量为30%的NiCrBSi-TiN复合涂层作为耐磨带表层工作层材料。感应重熔使NiCrBSi-TiN复合涂层出现了厚度为150μm左右的热影响区,热影响区内基体组织稍有长大现象,变化不明显。经感应重熔NiCrBSi-TiN复合涂层内部微裂纹基本消失,涂层与基体界面处出现了厚度为5-10μm的白亮带,涂层与基体的界面元素线扫描结果发现该区域元素发生了互扩散,证明了冶金结合的形成;涂层内部Ni-基合金与TiN两相间界面消失,几乎可以完全相互润湿。感应重熔后NiCrBSi-TiN复合涂层的硬度值有所升高,硬度值的变化范围较感应重熔前涂层小;经过感应重熔,复合涂层的韧性显著增加。感应重熔后复合涂层的摩擦系数明显降低,稳定磨损阶段涂层的波动范围较小;感应重熔后复合涂层的耐磨减摩性能显著提高。反应等离子喷涂工艺制备的NiCrBSi-TiN梯度涂层的平均弹性模量较同等厚度的30%TiN的复合涂层明显升高,同时NiCrBSi-TiN梯度涂层的结合强度和韧性明显高于30%TiN的复合涂层。等离子喷涂后感应重熔工艺制备的梯度涂层内部组织均匀,致密性高,梯度涂层的显微硬度较高,表现出了良好的耐磨减磨性能。因此,选择梯度涂层的方式制备钻杆接头耐磨带。

关键词：反应等离子喷涂感应重熔梯度涂层 NiCrBSi-TiN 耐磨性

TiN基复合涂层制备工艺对组织结构及性能的影响

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TiN基复合涂层制备工艺对组织结构及性能的影响

作者：李延彬河北工业大学

学位级别：硕士

氮化钛是一种具有高硬度、高熔点的陶瓷材料,氮化钛涂层由于其良好的耐磨性能从而被应用于很多领域,前期研究用反应等离子喷涂Ti粉得方法制备了TiN涂层,然而由于氮化钛本身的特点,在制备氮化钛涂层时会产生较多的纵向裂纹,影响了涂层本... 详细信息

氮化钛是一种具有高硬度、高熔点的陶瓷材料,氮化钛涂层由于其良好的耐磨性能从而被应用于很多领域,前期研究用反应等离子喷涂Ti粉得方法制备了TiN涂层,然而由于氮化钛本身的特点,在制备氮化钛涂层时会产生较多的纵向裂纹,影响了涂层本身性能的发挥。因此,本文利用喷雾造粒法制备Ni/PEEK(聚醚醚酮)复合粉末,与Ti粉按一定比例混合制备TiN-Ni/PEEK复合涂层,借助有机材料的低摩擦系数和高塑性,实现涂层的增韧和自润滑。用SEM和XRD对复合粉及涂层的形貌、物相等进行分析,测试了复合涂层的耐磨性能和磨蚀性能。得到以下研究成果:(1)用球磨处理后的镍粉所造的Ni/PEEK复合粉末的流动性较好,在喷涂加热过程中的受热较均匀,被氧化、污染的程度较低,适于喷涂。经焰流加热后的复合粉末其结晶结构紊乱程度与PEEK结构大致相同,说明复合粉末中的PEEK在喷涂过程中不会完全分解。(2)Ni与PEEK间的接触角小于90°,Ni与PEEK间的润湿性良好,Ni与PEEK间的结合不会因其界面张力的原因形成裂纹。Ni与TiN两相界面无微裂纹,两相之间结合良好。(3)TiN液滴在撞击基体后直接在基体表面铺展开来而且发生了溅射现象,与基体结合紧密,其表面出现了纵横交错的微裂纹;Ni包PEEK液滴在撞击基体后直接在基体上呈扁平状态铺展开来,且其在撞击集体过程中所产生的溅射状态不明显。(4)制备复合涂层的最佳功率为24KW。与TiN涂层相比,加入适量的Ni/PEEK可以降低涂层的摩擦系数以及磨损量。复合涂层的磨损机理以疲劳磨损为主,磨粒磨损为辅;与TiN涂层相比,加入Ni/PEEK可以降低涂层的磨蚀量。制备复合涂层的Ni/PEEK含量最佳为40wt%。(5)对比直接喷涂Ni/PEEK复合粉制备TiN-Ni/PEEK复合涂层的方法,经焰流加热后的复合粉制备的复合涂层其硬度值及其结构的均匀性都优于直接喷涂复合粉制备的复合涂层。经焰流加热后的Ni/PEEK复合粉制备的复合涂层磨损性能与磨蚀性能均优于直接喷涂复合粉制备的复合涂层,其磨损失效机制为疲劳磨损与轻微的磨粒磨损。

关键词：等离子喷涂陶瓷 PEEK 磨损磨蚀

等离子喷涂原位反应纳米（Ti,V）N复合涂层的组织及性能研究

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等离子喷涂原位反应纳米（Ti,V）N复合涂层的组织及性能研究

作者：吕宜林河北工业大学

学位级别：硕士

随着人们对钛基氮化物的研究逐步成熟,研究人员发现第三元素的引用弥补了Ti N涂层在实际工作环境中的缺点,采用多元氮化物陶瓷材料能够表现出更优异的综合性能,如高硬度,耐磨耐蚀性等。本论文将V元素引入Ti N中,通过原位反应等离子喷涂... 详细信息

随着人们对钛基氮化物的研究逐步成熟,研究人员发现第三元素的引用弥补了Ti N涂层在实际工作环境中的缺点,采用多元氮化物陶瓷材料能够表现出更优异的综合性能,如高硬度,耐磨耐蚀性等。本论文将V元素引入Ti N中,通过原位反应等离子喷涂的方法制备出不同V含量的(Ti,V)N复合涂层,致力于改善和强化Ti N基的多元复合氮化物涂层性能,为复合氮化物涂层的制备提供了一种新方法。把高速球磨的(Ti-V)混合粉末作为原料,采用反应等离子喷涂技术,在金属基体表面制备了(Ti,V)N复合陶瓷涂层。通过X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析、扫描电镜、透射电镜等表征并分析了涂层的组织结构及物相,并对涂层的显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性进行了研究,并筛选了最优比例的(Ti,V)N涂层。为了进一步改善原涂层的显微组织结构以及耐腐蚀性,采用600℃、700℃和800℃加热保温,随炉冷却的方法对(Ti,V)N涂层进行热处理,研究结果表明:反应等离子喷涂(Ti-V)混合粉成功制备了(Ti,V)N复合涂层,涂层主要由TiVN固溶相以及少量Ti O、VO、Ti O等氧化物相组成,存在较强的Ti-N键和V-N键,显微组织为层状结构,其中原料粉含V量为25 wt.%的涂层的组织结构最为致密,晶粒形态以细小等轴纳米晶居多,并伴随有大量的孪晶。(Ti,V)N涂层由于固溶强化、细晶强化和位错强化等效应,拥有比纯Ti N涂层更高的显微硬度、断裂韧性及耐磨性。通过3.5 wt.%Na Cl溶液腐蚀的电化学测试,(Ti,V)N涂层具有比Ti N更高的开路电位、更低的腐蚀电流密度及更好的耐腐蚀性,其中原料粉含V量为25 wt.%的(Ti,V)N涂层表现出最小的腐蚀倾向。通过热处理有效改善了(Ti,V)N涂层的内部缺陷,并在600℃保温1h下获得最为致密均匀的组织结构,消除了部分残余应力,提高了涂层的断裂韧性及显微硬度分散性。当温度超过700℃,涂层转变为以(Ti,V)O为主的物相组织,结构变得疏松多孔。600℃、700℃、800℃热处理后涂层经过3.5 wt.%Na Cl浸泡腐蚀,表现了随温度升高,耐腐蚀性逐渐下降的特征,并存在不同阶段的扩散特性,其中600℃热处理后的(Ti,V)N涂层具备最好的耐腐蚀性。

关键词： (Ti,V)N涂层反应等离子喷涂综合力学性能耐腐蚀性热处理

原位反应TiN增强镍基合金涂层的组织及性能分析

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原位反应TiN增强镍基合金涂层的组织及性能分析

作者：朱林林河北工业大学

学位级别：硕士

目前,Ni基合金粉末因其具有良好的润湿性,耐腐蚀性和抗氧化性,以及优异的耐磨性和较低的成本等优势,在改善机械产品零部件的耐磨性和防腐蚀性能方面有着广泛的应用。NiCrBSi作为典型的Ni基合金,用其制备的涂层被广泛应于各种磨损和腐蚀... 详细信息

目前,Ni基合金粉末因其具有良好的润湿性,耐腐蚀性和抗氧化性,以及优异的耐磨性和较低的成本等优势,在改善机械产品零部件的耐磨性和防腐蚀性能方面有着广泛的应用。NiCrBSi作为典型的Ni基合金,用其制备的涂层被广泛应于各种磨损和腐蚀的环境中。因NiCrBSi硬度相对陶瓷材料低,在普通的磨损环境可以达到使用要求;但是在高载荷的服役环境,难以满足使用要求。高硬度的碳化物和氧化物等硬质颗粒经常作为强化相添加到NiCrBSi涂层,改善NiCrBSi涂层的性能。前期研究发现反应等离子喷涂法可制备出纳米晶TiN涂层。本文把纳米TiN作为强化相,通过反应等离子喷涂制备纳米晶TiN强化NiCrBSi复合涂层。用AFM、SEM、TEM和XRD分析涂层的显微组织和物相,并对涂层的耐磨性及耐腐蚀性进行了研究。为了进一步提高NiCrBSi-TiN复合涂层的性能,对其在600℃、700℃、750℃和800℃下进行热处理,并对其组织形貌,摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能进行分析。最后,将NiCrBSi-TiN复合涂层与用WC强化的NiCrBSi涂层进行比较。结果表明:(1)NiCrBSi-TiN复合涂层主要由γ-Ni,Fe Ni和CrNi等物相和TiN相组成。与NiCrBSi相比,NiCrBSi-TiN复合涂层的硬度升高。磨损性能及耐腐蚀性能得到明显改善。(2)热处理之后的涂层相组成发生变化,NiSi、Cr B等强化相析出,TiN发生部分解生成TiN。在温度达到750℃以后,TiN相与Ni基固溶体的相界面发生反应扩散。随着热处理温度的升高,NiCrBSi-TiN复合涂层的硬度,耐磨性以及耐腐蚀性能都是呈先升高后下降的趋势。当热处理温度为700℃时,NiCrBSi-TiN复合涂层性能达到最佳。(3)与NiCrBSi-WC复合涂层相比,NiCrBSi-TiN复合涂层的平均显微硬度要更高,耐磨性更好。并且,在NiCrBSi-WC复合涂层中,WC增强相与Ni基固溶体相之间的结合并不紧密,存在晶间裂纹。然而,在NiCrBSi-TiN复合涂层中,TiN由原位反应合成,与Ni基固溶体相结合紧密。所以,TiN比WC更适合作为NiCrBSi涂层的增强相。

关键词：原位反应纳米晶TiN NiCrBSi涂层热处理磨损电化学腐蚀

镍包石墨含量对TiN-Ni/G复合涂层组织结构和性能的影响

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镍包石墨含量对TiN-Ni/G复合涂层组织结构和性能的影响

作者：王晶河北工业大学

学位级别：硕士

Ti N涂层具有高熔点,高硬度,耐磨性和化学稳定性好的特点,然而Ti N属于脆性材料,在严重的冲蚀、磨损条件下易于脆断剥落,而且在摩擦过程中对摩擦副的损坏较大,从而限制Ti N的应用。为了利用Ti N的优异性能,本文用反应等离子喷涂的方法向... 详细信息

Ti N涂层具有高熔点,高硬度,耐磨性和化学稳定性好的特点,然而Ti N属于脆性材料,在严重的冲蚀、磨损条件下易于脆断剥落,而且在摩擦过程中对摩擦副的损坏较大,从而限制Ti N的应用。为了利用Ti N的优异性能,本文用反应等离子喷涂的方法向Ti N涂层中加入固体润滑剂Ni/G以改善Ti N的摩擦磨损性能。优化了Ti N-镍包石墨(Ni/G)涂层的制备工艺,用SEM分析了Ti N-Ni/G涂层的微观组织,测试了涂层的摩擦磨损性能,在不同的磨蚀介质中测试了复合涂层的耐磨蚀性能。采用显微硬度和磨损失重为评价指标采用正交试验优化涂层制备方法。以显微硬度为参考标准时,最优工艺为镍包石墨含量为8wt.%,喷涂功率为30 k W,喷枪距离为100 mm。以磨损失重为参考标准时,最优工艺为镍包石墨含量为11wt.%,喷涂功率为30 k W,喷枪距离为100 mm。因此,喷涂功率为30 k W、喷枪距离为100 mm时复合涂层的性能最好。等离子喷涂制得的Ti N-Ni/G复合涂层表面孔隙较少,致密度也较高,石墨在涂层中的分布比较均匀。镍、石墨和Ti N两相之间结合性良好。复合涂层的主要相为Ti N、Ni、C和少量的TiO。随着镍包石墨比例的增加,TiO峰的高度下降,说明Ni/G增加有利于抑制TiO的产生。Ti N-Ni/G复合涂层的表面主要元素为Ti、C、N、O和Ni元素。涂层表面有C-N键和N-(Ti,C)键,表明有一部分C代替N进入Ti N晶格。随着Ni/G含量增加,断口形貌起伏变大,颗粒状组织增多,断口表面有韧窝出现,涂层的断口形式由脆性断裂变成韧性断裂和脆性断裂结合。加入Ni/G后,Ti N-Ni/G复合涂层的显微硬度降低,复合涂层的硬度均在1000 HV左右,加入量为8wt.%时,复合涂层硬度值最高。随着喷涂功率增加,不同含量的复合涂层的摩擦系数均呈下降趋势,喷涂功率为30 k W时摩擦系数最低。随着Ni/G含量增加,复合涂层磨损量呈先上升后下降趋势。Ti N-11wt.%Ni/G复合涂层的耐磨损性能最佳。在Si O砂粒和不同腐蚀介质组成的泥沙中测试复合涂层的耐磨蚀性能。磨蚀液p H=4时,Ti N-11wt.%Ni/G涂层的质量损失最低;p H=7时,质量损失趋势同上;p H=10时,各含量的复合涂层质量损失趋势基本相同。随着p H值增大,复合涂层的质量损失表现出减小趋势。Ti N-11wt.%Ni/G复合涂层的耐磨蚀性能最优。

关键词：陶瓷涂层自润滑涂层等离子喷涂 Ni/G

（Ti，Cr，V）N纳米复合涂层组织调控与性能研究

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（Ti，Cr，V）N纳米复合涂层组织调控与性能研究

作者：池云龙河北工业大学

学位级别：硕士

本文采用喷雾造粒技术将Ti、Cr和V原料粉制成重构粉末。使用等离子射流激发Ti-N的原位反应,将Cr、V元素引入TiN晶格中,制备出厚度达250 μm以上的(Ti,Cr,V)N复合涂层。研究了 Cr元素含量对(Ti,Cr,V)N复合涂层的组织结构与性能(弹性模量... 详细信息

本文采用喷雾造粒技术将Ti、Cr和V原料粉制成重构粉末。使用等离子射流激发Ti-N的原位反应,将Cr、V元素引入TiN晶格中,制备出厚度达250 μm以上的(Ti,Cr,V)N复合涂层。研究了 Cr元素含量对(Ti,Cr,V)N复合涂层的组织结构与性能(弹性模量、硬度、断裂韧性、残余应力、摩擦磨损和耐腐蚀性能)的影响。为厚复合氮化物涂层的制备提供了一种新方法。(Ti,Cr,V)N复合涂层具有典型的层状结构,相组成为(Ti,Cr,V)N固溶体、氧化物和Cr单质。涂层内化学键类型由Ti-N、V-N、Cr-N、Ti-O、V-O、Cr-O和Cr-Cr键所组成。随Cr含量增加,Cr-N在涂层中占比先增加后趋于稳定。等离子喷涂含10 wt.%Cr的涂层组织更加致密,并且涂层质量优于其它三种比例的涂层。Ti、Cr和V元素在涂层内出现少量偏聚,偏聚区域内组织形貌各不相同,富钛且Cr:V≈1:1的区域柱状晶的直径最大,并且排列最致密,而富钒区柱状晶直径较小。面心立方结构的(Ti,Cr,V)N复合涂层内部包含微纳米等轴晶粒、柱状晶和孪晶组织;(Ti,Cr,V)N可看作TiN、CrN和VN构成的固溶体,晶粒内的点阵畸变严重、存在大量堆垛层错。孪晶的平均厚度约为6 nm,并且孪晶界两侧存在刃型位错,构成了“位错-纳米孪晶界”强化模型。(Ti,Cr,V)N相与Ti3O之间出现晶格错配,最大错配度为 9.58°。(Ti,Cr,V)N复合涂层内部存在固溶强化、细晶强化和“位错-纳米孪晶界”强化机制,因此具有更高的硬度、弹性模量。当Cr含量为10 wt.%时,硬度(1844.8 HV0.5)和弹性模量(180.6 GPa)达到最大值。(Ti,Cr,V)N复合涂层内软质相(单质Cr、氧化物)缓冲了裂纹扩展的应力,提高了涂层的断裂韧性。(Ti,Cr,V)N复合涂层的磨损机制由粘着磨损和磨粒磨损组成,在摩擦磨损过程中四种不同Cr含量的涂层均发生了氧化反应,涂层表面产生了大量TiO2和VxOy,这种软质相对涂层的磨损起到了润滑作用。含10 wt.%Cr的涂层具有最优异的磨损性能。在模拟海水腐蚀实验中,(Ti,Cr,V)N复合涂层与NaCl腐蚀溶液不反应。含Cr量4.375、10、15.625 和 21.25 wt.%的(Ti,Cr,V)N 复合涂层的开路电位分别为-0.464、-0.379、-0.451和-0.496V。(Ti,Cr,V)N(10 wt.%Cr)涂层具有较好的耐腐蚀性能,在EIS图谱中它具有最高的腐蚀电位和相位角,更大的阻抗弧半径和阻抗模值。涂层表面的腐蚀产物主要由铁的氧化物(α-Fe2O3、Fe3O4)和羟基氧化物(α、γ和β-FeOOH)组成。

关键词： (Ti,Cr,V)N复合涂层反应等离子喷涂硬度摩擦磨损腐蚀