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1000~1400℃下NbMoTaWV难熔高熵合金的氧化行为

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材料工程 2023年第5期51卷 94-103页

作者：丁一程延海张平王鑫梁秀兵中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院北京100071 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116

采用静态氧化实验与XRD,FSEM测试技术对电弧熔炼制备的NbMoTaWV难熔高熵合金的高温氧化行为进行研究。结果表明:1000℃及1200℃下NbMoTaWV由于氧化层开裂严重失去保护性,氧化增重遵循直线氧化规律;1400℃下生成的熔融态氧化物释放氧化... 详细信息

采用静态氧化实验与XRD,FSEM测试技术对电弧熔炼制备的NbMoTaWV难熔高熵合金的高温氧化行为进行研究。结果表明:1000℃及1200℃下NbMoTaWV由于氧化层开裂严重失去保护性,氧化增重遵循直线氧化规律;1400℃下生成的熔融态氧化物释放氧化层的生长应力,填补Mo,V氧化物挥发留下的孔洞,使氧化层对氧气能够起到一定的阻隔作用,氧化增重遵循抛物线氧化规律。在NbMoTaWV的氧化过程中,氧气扩散进入基体内部后率先与扩散层中的Nb和Ta发生氧化反应,生成针棒状氧化物,之后与其他合金元素发生氧化反应,W的氧化物固溶在Nb和Ta氧化物中,颗粒状的Mo和V混合氧化物在高温下挥发。

关键词：难熔高熵合金高温氧化氧化行为氧化动力学微观组织元素扩散

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后处理对高速激光熔覆表面性能的影响

中国表面工程 2023年第5期36卷 88-99页

作者：王海楠程延海马昆杨金勇于海航中国矿业大学机电工程学院徐州221116 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司银川751410

液压立柱表面镀铬涂层易出现微小裂纹并导致涂层剥落,对煤矿生产造成安全隐患。为强化液压立柱表面性能、提高液压立柱使用寿命,利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备铁基耐腐蚀熔覆层,并对熔覆层进行车-滚后处理提升强化熔覆层表面... 详细信息

液压立柱表面镀铬涂层易出现微小裂纹并导致涂层剥落,对煤矿生产造成安全隐患。为强化液压立柱表面性能、提高液压立柱使用寿命,利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备铁基耐腐蚀熔覆层,并对熔覆层进行车-滚后处理提升强化熔覆层表面性能。使用扫描电子显微镜、形状测量激光显微镜、显微硬度计、电化学工作站等对高速激光熔覆层、车削及不同滚压力作用后的熔覆层微观组织、表面粗糙度、残余应力、显微硬度、耐腐蚀性能进行研究分析。结果表明:初始熔覆层显微组织致密,无明显孔隙、裂纹等缺陷,从结合处到表面依次为平面晶、树枝晶、等轴晶;滚压加工的“削峰填谷”效应使熔覆层表面发生塑性变形,滚压力为2.8 MPa时,表面轮廓平整,表面粗糙度降低至0.768μm;熔覆层硬度随滚压力的增大而增加,熔覆层顶部出现明显的塑性变形区和硬化层;车-滚复合加工使熔覆层表面残余应力由拉应力状态转变为压应力,滚压力增大,残余压应力先增大后减小;车-滚复合加工使熔覆层表层晶粒细化,增强Cr元素扩散,提高耐蚀能力,但过大的滚压力使熔覆层表面损伤,耐蚀能力下降。车-滚后处理工艺有效提升了熔覆层表面性能,可为高速激光熔覆高效低成本的后处理工艺研发提供参考。

关键词：高速激光熔覆后处理表面粗糙度滚压显微硬度

基于多尺度晶粒细化演变的TC4加工表层硬度预测

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 35-46页

作者：王情情刘战强程延海田宪华中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 江苏矿山智能采掘装备协同创新中心江苏徐州221116 山东大学机电工程学院山东济南250061

表面层微观组织结构变化决定了零件的宏观性能,准确实现零件加工表层微观组织演变预测,进而提高零件加工表层力学性能(如硬度),是改善零件服役效能以及实现零件长服役寿命可控加工的一种有效方法。切削加工是钛合金TC4零件制造工艺中最... 详细信息

表面层微观组织结构变化决定了零件的宏观性能,准确实现零件加工表层微观组织演变预测,进而提高零件加工表层力学性能(如硬度),是改善零件服役效能以及实现零件长服役寿命可控加工的一种有效方法。切削加工是钛合金TC4零件制造工艺中最基本的加工方法之一,切削过程中材料的剧烈塑性变形导致TC4加工表层微观组织变化复杂,本文针对TC4切削过程中的晶粒细化现象,对不同切削速度(100~500 m/min)下TC4组织结构多尺度分布特征、晶粒细化演变规律及其对表面材料硬度影响进行了研究。结果表明:TC4加工表层介观尺度(10^(-6)~10^(-5)m)晶粒细化程度随切削速度提高呈现先增大后减小趋势,切削速度为300 m/min时,加工表面晶粒细化程度达69.7%,切屑剪切带晶粒尺寸细化至2~6μm;微观尺度(10^(-8)~10^(-7)m)上表现为复杂位错组态和纳米孪晶,纳米孪晶类型主要为■压缩孪晶,且纳米孪晶在较高切削速度(>200 m/min)下产生;基于修正的Z-H晶粒细化模型和纳米孪晶体积分数预测模型,并考虑切削过程中晶粒细化引起的硬化作用,实现了TC4切削过程中晶粒尺寸以及硬化规律预测;构建了切削过程中晶粒细化引起的硬化规律与材料显微硬度的关系,通过模拟钛合金切削过程中晶粒细化程度和纳米孪晶形成,实现了TC4加工表层硬度预测,揭示了TC4加工表层微观尺度硬化机理。

关键词：切削加工晶粒细化演变预测表面硬度钛合金

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激光复合热喷涂技术制备陶瓷基涂层研究现状

表面技术 2023年第9期52卷 23-38,95页

作者：李思源何鹏飞程延海梁秀兵孙川军事科学院国防科技创新研究院北京100071 中国矿业大学江苏徐州221116

当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展,装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题,迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激... 详细信息

当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展,装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题,迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激光熔覆2种工艺的优点,在制备低缺陷–强结合–高性能陶瓷基复合涂层方面具有独特优势,可以显著提升装备零部件表面的耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。首先从涂层的组织形貌、腐蚀、抗氧化及抗热震性能方面阐述了激光重熔对等离子喷涂YSZ陶瓷涂层的影响机制。其次梳理了激光重熔工艺对等离子喷涂Al_(2)O_(3)基陶瓷涂层在显微结构、硬度、耐磨和抗热震性能方面的研究成果;总结了激光重熔对以Co-WC和NiCr-Cr_(3)C_(2)为典型材料体系的陶瓷/金属复合涂层结构和性能的影响;总结了激光重熔/原位辅助冷喷涂陶瓷基涂层(B4C/Ti+Al等)和原位辅助等离子喷涂陶瓷基涂层(WC基等)的组织和性能特点。最后指出,探寻更多涂层材料体系、研发激光复合热喷涂新技术和实现成形工艺自主智能优化等是激光复合热喷涂陶瓷基涂层技术未来的重点发展方向。

关键词：热喷涂激光重熔激光原位辅助陶瓷基复合涂层

激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

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中国机械工程 2022年第12期33卷 1418-1426,1434页

作者：周嘉利程延海陈永雄梁秀兵白成杰杜望中国矿业大学机电工程学院徐州221116 军事科学院国防科技创新研究院北京100071 徐州华恒机器人系统有限公司徐州221137

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学... 详细信息

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布,探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明:涂层表面和内部为残余压应力,在涂层基体熔合线处残余应力发生突变,热影响区表现为残余拉应力;激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响,当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时,涂层具有最优的残余应力分布和成形质量;残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。

关键词：激光熔覆铁基涂层残余应力微观组织显微硬度

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镍基合金激光熔覆数值模拟及凝固参数预测

工程热物理学报 2022年第2期43卷 494-499页

作者：程延海蒋艺超杨金勇韩正铜程志红中国矿业大学机电工程学院徐州221116

本文采用有限体积法对激光熔覆过程的温度场分布和熔体流动进行了数值模拟。基于CALPHAD相图法计算了基体和粉末的热物理性质,采用三维热源精确预测了凝固过程和温度分布,研究了Marangoni对流对熔池尺寸的影响。在熔池凝固过程中模拟所... 详细信息

本文采用有限体积法对激光熔覆过程的温度场分布和熔体流动进行了数值模拟。基于CALPHAD相图法计算了基体和粉末的热物理性质,采用三维热源精确预测了凝固过程和温度分布,研究了Marangoni对流对熔池尺寸的影响。在熔池凝固过程中模拟所得出的温度梯度和凝固速度,预测了熔覆层凝固组织的演变趋势,相应的显微组织与实验结果吻合较好。

关键词：激光熔覆熔池尺寸显微组织 Marangoni效应

激光熔覆工艺参数对Fe基双层涂层组织和残余应力的影响

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中国机械工程 2022年

作者：周嘉利程延海陈永雄梁秀兵白成杰杜望中国矿业大学机电工程学院军事科学院国防科技创新研究院徐州华恒机器人系统有限公司

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化，进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题，对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层，并以X射线衍射法结合电...

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化，进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题，对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层，并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布，探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力，在涂层-基体熔合线处残余应力发生突变，热影响区表现为残余拉应力。激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响，当激光扫描路径为轮廓偏置、激光功率为1.8kW、扫描速度为0.02m/s时，涂层具有最优的残余应力分布和成形质量。残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。

关键词：

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镀层微观结构对凝结换热的影响

工程热物理学报 2010年第12期31卷 2076-2078页

作者：邹勇程延海赵亮刘义达程林山东大学热科学与工程研究中心山东济南250061 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

通过研究Ni-P化学镀层管不同微观结构对凝结传热的影响,表明用化学镀表面改性的镀管相对于普通的碳钢管,具有明显促进珠状凝结的效果,在凝结过程中表现为珠膜共存状态,可以获得较好的换热性能。同时镀层对换热性能的改善与镀层中纳米相... 详细信息

通过研究Ni-P化学镀层管不同微观结构对凝结传热的影响,表明用化学镀表面改性的镀管相对于普通的碳钢管,具有明显促进珠状凝结的效果,在凝结过程中表现为珠膜共存状态,可以获得较好的换热性能。同时镀层对换热性能的改善与镀层中纳米相的含量相关,随着纳米相含量的降低,镀层的表面能也随着降低,换热效率得到增强。增加镀层的非晶度可以获得更好的珠状凝结的效果。

关键词：化学镀珠状凝结表面能

干摩擦条件下Ni-P镀层的摩擦学行为(英文)

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稀有金属材料与工程 2014年第1期43卷 11-16页

作者：程延海陈衡阳朱真才邹勇彭玉兴中国矿业大学江苏徐州221116 山东大学山东济南250061

采用化学镀的方法,调整Ni-P化学镀工艺参数及使用热处理工艺,获得了不同微观结构的镀层。并使用电子探针,XRD,显微硬度测试仪及摩擦磨损试验仪研究了镀层性能。结果表明,增加镀层纳米相含量可以提高镀层的显微硬度,其值可以达到400℃热... 详细信息

采用化学镀的方法,调整Ni-P化学镀工艺参数及使用热处理工艺,获得了不同微观结构的镀层。并使用电子探针,XRD,显微硬度测试仪及摩擦磨损试验仪研究了镀层性能。结果表明,增加镀层纳米相含量可以提高镀层的显微硬度,其值可以达到400℃热处理时的硬度。强化机理包括固溶强化和析出强化,这取决于镀层中的磷含量和热处理温度。进一步的摩擦磨损实验结果表明,纳米相含量高的镀层在400℃热处理前后均表现出较好的显微硬度以及较低的摩擦系数,具有良好的抗磨损能力。

关键词：表面改性 XRD 硬度摩擦磨损磨损机理