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激光两步法制备Ti-Al-C MAX相涂层及其海洋环境下的腐蚀磨损性能研究

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激光两步法制备Ti-Al-C MAX相涂层及其海洋环境下的腐蚀磨损性能...

作者：田雨鑫贵州大学

学位级别：硕士

海洋工业装备中TC4钛合金关键构件的应用方式逐渐由传统结构式向运动式转变,但TC4钛合金较差的耐磨性是限制其作为运动构件被广泛应用的瓶颈问题之一。MAX相材料由于特殊的成相结构与成键类型,兼具金属与陶瓷的诸多特性,成为近年来的研... 详细信息

海洋工业装备中TC4钛合金关键构件的应用方式逐渐由传统结构式向运动式转变,但TC4钛合金较差的耐磨性是限制其作为运动构件被广泛应用的瓶颈问题之一。MAX相材料由于特殊的成相结构与成键类型,兼具金属与陶瓷的诸多特性,成为近年来的研究热点。本文采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了Ti-Al-C复合涂层,并通过激光热处理手段大幅提升了涂层中MAX相的含量,以期提升TC4钛合金表面的抗腐蚀、耐磨损性能并扩展其服役领域,最终形成了基于激光技术制备MAX相涂层的两步法工艺流程。具体研究内容概述如下:（1）明晰了激光两步法工艺中熔覆涂层及不同工艺参数下激光热处理涂层的显微组织及硬度分布。在激光熔覆涂层中,TiAl C/Ti C核壳结构增强相弥散分布于涂层TiAl金属间化合物基底之上,涂层硬度由结合区至表层呈现陡坡式增加。在激光热处理涂层中,以TiAl C MAX相为主的短杆状及块状增强相组织分布更加致密,涂层的显微硬度分布较为均匀。在激光功率为1.2k W,扫描速度为1mm/s时,获得了最均匀的显微组织及硬度分布。（2）探究了复合涂层中TiAl C MAX相的原位合成机理及物相含量转变。Al原子的扩散导致在激光熔覆涂层中形成了以Ti C为核、TiAl C为壳的核壳结构增强相。在熔覆涂层的激光热处理过程中,C及Al原子的扩散作用加剧了插层反应,促进了短杆状及块状两种MAX相结构的形成。通过Rietveld结构精修方法,确定了熔覆涂层及激光热处理涂层中各物相的质量百分含量。熔覆涂层在激光功率为1.2k W,扫描速度为1mm/s的工艺参数下进行热处理后,TiAl C MAX相的含量由9.18wt.%增加至82.93wt.%。（3）分析了TC4钛合金及复合涂层在模拟海水中的腐蚀及磨损行为。通过研究TC4钛合金基体、激光熔覆及激光热处理涂层在模拟海水中的腐蚀性能,发现激光功率为1.2k W,扫描速度为1mm/s的激光热处理涂层具有最佳的耐腐蚀性能,并且在为期720小时的浸泡实验中其耐蚀能力逐渐提升。研究了TC4钛合金基体、激光熔覆及激光热处理涂层在大气、去离子水及模拟海水环境中的摩擦学性能。两种复合涂层在三种环境下的磨损率均低于TC4钛合金基体,激光热处理涂层在大气环境中磨损时有最低的磨损率,激光熔覆涂层在海水及去离子水中磨损时,其磨损表面会形成以氧化物为主的机械混合层从而降低其磨损率。通过激光两步法制备的Ti-Al-C MAX相复合涂层能够有效改善TC4钛合金表面的抗腐蚀及耐磨损性能。本文提出的激光两步法能够获得高含量的MAX相涂层,是显著提升复合涂层中TiAl C MAX相含量的一种新策略,为高效制备结构-功能于一体的MAX相结构零部件提供了极佳的应用前景。

关键词：激光熔覆激光热处理 Ti-Al-C复合涂层 MAX相合成机理腐蚀磨损性能

404C不锈钢及其表面碳基薄膜在甲醇溶液中的腐蚀磨损性能

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404C不锈钢及其表面碳基薄膜在甲醇溶液中的腐蚀磨损性能

作者：陈雯雯兰州理工大学

学位级别：硕士

开发甲醇燃料汽车,不仅可助推国家“双碳”目标在交通领域加快实施,也有助于保障国家能源安全,促进汽车产业能源多元化发展。但是甲醇汽车发动机金属零部件在服役过程中同时承受磨损和腐蚀的交互作用,从而降低零部件的性能和使用寿命,... 详细信息

开发甲醇燃料汽车,不仅可助推国家“双碳”目标在交通领域加快实施,也有助于保障国家能源安全,促进汽车产业能源多元化发展。但是甲醇汽车发动机金属零部件在服役过程中同时承受磨损和腐蚀的交互作用,从而降低零部件的性能和使用寿命,严重限制在甲醇环境下的应用。类金刚石碳基薄膜(DLC)具有高硬度、低摩擦、耐磨损、耐腐蚀、化学惰性等优异特性,是一种极具应用前景的新型金属表面保护材料。因此,本文选用SUS404C为基体材料,采用非平衡磁控溅射法在SUS404C表面制备了H-DLC薄膜和Si:H-DLC薄膜,探究了SUS404C、H-DLC薄膜、Si:H-DLC薄膜的摩擦磨损性能、耐蚀性能以及腐蚀磨损性能。本论文的具体内容及结果如下:(1)通过摩擦磨损测试、电化学测试,研究了外加载荷、甲酸浓度对SUS404C摩擦磨损性能和腐蚀磨损性能的影响。电化学表明:随着载荷的增大,SUS404C的腐蚀电流密度减小。当载荷为10N时,腐蚀电流密度最小为2.17×10 A/cm。当甲酸浓度增大时,甲酸作为弱电解质,其电离程度就越小,金属在该介质中的腐蚀倾向就越小。摩擦结果表明:SUS404C的摩擦系数和磨损率均随着载荷的增大而减小,当载荷为10N时,SUS404C的摩擦系数最小为0.75,磨损率为0.93×10 mm·N·m。在甲醇环境下,随着载荷的增大,SUS404C表面富Cr钝化膜的生成速度快于去除速度,导致摩擦系数降低。当甲酸浓度增大时,甲酸的强腐蚀性导致表面粗糙度增加,从而导致摩擦系数增大。(2)采用非平衡磁控溅射法在SUS404C表面制备H-DLC薄膜,研究了外加载荷、甲酸浓度对H-DLC薄膜摩擦磨损性能以及腐蚀磨损性能的影响。电化学表明:随着载荷的增大,H-DLC薄膜的腐蚀电位更正,腐蚀电流密度减小。当甲酸浓度增加时,H-DLC薄膜的腐蚀电流密度增加,耐蚀性变差。H-DLC薄膜的腐蚀电流密度(2.87×10 A/cm)较基底(4.85×10 A/cm)降低了5个数量级,具有优异的耐腐蚀性能。摩擦结果表明:在高载荷下,H-DLC薄膜在空气中的摩擦系数(0.048)较基底(0.78)降低了约94%,磨损率(0.97×10 mm·N·m)较基底(1.6×10 mm·N·m)降低了一个数量级,大大提高了SUS404C的抗摩减磨性能。(3)采用非平衡磁控溅射法在SUS404C表面制备Si:H-DLC薄膜,研究了不同载荷、甲酸浓度对Si:H-DLC薄膜摩擦磨损以及腐蚀磨损性能的影响。电化学表明:随着载荷的增大,Si:H-DLC薄膜的腐蚀电位趋于正,腐蚀电流密度减小。Si:H-DLC薄膜的腐蚀电流密度(2.67×10 A/cm)较基底(4.85×10 A/cm)降低了4个数量级,当甲酸浓度为0.5%时,腐蚀电流密度最小为1.74×10 A/cm,具有优异的耐腐蚀性能。这归因于腐蚀磨损后,甲酸浓度越高,sp/sp的比值越小,因此耐腐蚀性越好。摩擦结果表明:在甲醇溶液中,Si:H-DLC薄膜的摩擦系数(0.08)较SUS404C(0.17)减小了53%,由于摩擦过程中在对偶球上生成富硅转移膜从而降低摩擦系数。

关键词： SUS404C DLC碳基薄膜甲醇溶液磁控溅射腐蚀磨损性能

Ti6Al4V钛合金表面双层辉光等离子W-Mo共渗及其腐蚀磨损性能研究

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稀有金属材料与工程 2013年第1期42卷 204-210页

作者：张云露骆心怡何斐南京航空航天大学江苏南京210016

为了改善TC4的腐蚀磨损性能,采用双层辉光等离子表面冶金技术对Ti6Al4V钛合金进行W-Mo共渗,并对其腐蚀磨损性能进行研究。结果表明:在Ti6Al4V钛合金表面W-Mo共渗可形成均匀的、由沉积层和扩散层构成的W-Mo改性层;该改性层与Ti6Al4V钛合... 详细信息

为了改善TC4的腐蚀磨损性能,采用双层辉光等离子表面冶金技术对Ti6Al4V钛合金进行W-Mo共渗,并对其腐蚀磨损性能进行研究。结果表明:在Ti6Al4V钛合金表面W-Mo共渗可形成均匀的、由沉积层和扩散层构成的W-Mo改性层;该改性层与Ti6Al4V钛合金基体相比,在空气中,5%H2SO4(质量分数)溶液和5%NaCl(质量分数)溶液中的摩擦系数均有所降低,磨损形貌得到改善,在5%H2SO4和5%NaCl溶液中的磨损量更是显著减小。结果表明,在Ti6Al4V钛合金表面W-Mo共渗可显著提高其耐腐蚀磨损性能。

关键词：双层辉光离子表面技术 Ti6Al4V钛合金 W-Mo共渗腐蚀磨损性能

医用钛合金表面纳米晶TiN梯度涂层的显微组织及腐蚀磨损性能（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2019年第5期29卷 1026-1035页

作者：崔文芳牛凤娟谭韵玲秦高梧东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819 歌尔声学股份有限公司质检部潍坊261000

采用磁控溅射方法在Ti6Al4V钛合金表面制备纳米晶TiN梯度涂层,研究涂层的显微组织和力学性能,并对涂层和Ti6Al4V合金基体在生理环境中的电化学腐蚀行为和腐蚀磨损性能进行比较。结果表明:纳米晶TiN的梯度分布有利于释放涂层中的内应力,... 详细信息

采用磁控溅射方法在Ti6Al4V钛合金表面制备纳米晶TiN梯度涂层,研究涂层的显微组织和力学性能,并对涂层和Ti6Al4V合金基体在生理环境中的电化学腐蚀行为和腐蚀磨损性能进行比较。结果表明:纳米晶TiN的梯度分布有利于释放涂层中的内应力,使粘附强度增加到90 N。致密的结构和细化的晶粒使涂层表面纳米硬度达到28.5 GPa,纳米晶TiN涂层的防腐蚀效率达到96.6%。与Ti6Al4V合金基体相比,纳米晶TiN涂层的耐腐蚀磨损性能提高了100倍。纳米晶TiN梯度涂层具有良好的化学稳定性和较高的H^3/E^2比(H为硬度,E为弹性模量),是改善耐腐蚀性能和抗磨损性能的主要原因。

关键词： TiN涂层纳米晶硬度结合性腐蚀磨损性能

Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢耐腐蚀磨损性能研究

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物理测试 2022年第4期40卷 14-17页

作者：邵主彪李德发鄂城钢铁有限公司湖北鄂州436002 皖西学院机械与车辆工程学院安徽六安237012

为提高腐蚀磨损条件下耐磨钢使用寿命,通过浸泡试验、磨损试验和腐蚀磨损试验以及微观组织表征方法,研究了Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢的耐腐蚀性能、耐磨损性能、耐腐蚀磨损性能以及表面特征,并探讨了腐蚀与磨损相互作用机理。结果显... 详细信息

为提高腐蚀磨损条件下耐磨钢使用寿命,通过浸泡试验、磨损试验和腐蚀磨损试验以及微观组织表征方法,研究了Ni-Cr-Mo合金化HB500级耐磨钢的耐腐蚀性能、耐磨损性能、耐腐蚀磨损性能以及表面特征,并探讨了腐蚀与磨损相互作用机理。结果显示,纯腐蚀、纯磨损以及腐蚀与磨损交互作用分别占腐蚀磨损总量的0.2%、82.9%、16.9%,表明在腐蚀条件下磨损性能恶化,磨损过程中材料表层状态发生变化使腐蚀与磨损相互促进,是产生腐蚀与磨损交互作用的主要原因,降低腐蚀与磨损的交互作用,有利于提高耐腐蚀磨损性能。

关键词： Ni-Cr-Mo合金化耐磨钢腐蚀磨损性能

CeO_2对超音速火焰喷涂WC-12Co涂层腐蚀磨损性能的影响

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热喷涂技术 2015年第3期7卷 13-19页

作者：岑升波陈辉刘艳马元明西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

利用超音速火焰喷涂制备微米WC-12Co、纳米改性WC-12Co 和CeO2 改性WC-12Co 涂层,通过对涂层微观组织、硬度和腐蚀磨损性能进行分析,研究CeO2 对WC-12Co 涂层腐蚀磨损性能的影响.结果表明：CeO2 的加入可以降低涂层的孔隙率,抑制晶粒长... 详细信息

利用超音速火焰喷涂制备微米WC-12Co、纳米改性WC-12Co 和CeO2 改性WC-12Co 涂层,通过对涂层微观组织、硬度和腐蚀磨损性能进行分析,研究CeO2 对WC-12Co 涂层腐蚀磨损性能的影响.结果表明：CeO2 的加入可以降低涂层的孔隙率,抑制晶粒长大,提高涂层硬度,涂层的耐腐蚀磨损性能也得到提高.在腐蚀磨损中,材料的流失主要是由于腐蚀磨损的交互作用引起的,交互作用造成的失重约占总失重量的90% ～ 99%.同时,在腐蚀和磨损的交互作用中,腐蚀对磨损的加速量远大于磨损对腐蚀的加速量,磨损分量在整个腐蚀磨损过程中占主导地位,提高WC-Co 涂层的耐腐蚀磨损性能的关键在于提高涂层的耐磨损性能.

关键词： WC-12Co涂层腐蚀磨损性能超音速火焰喷涂 CeO2 交互作用纳米改性涂层硬度 WC-Co

CeO_2对激光熔敷合金层组织和腐蚀磨损性能的影响

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钢铁研究学报 2000年第3期12卷 47-50页

作者：王顺兴郑世安赵涛董企铭张一民洛阳工学院材料工程系河南洛阳471039

用 X射线衍射仪、SEM、TEM和电子探针研究了稀土氧化物 Ce O2 对 Ni6 0 - WC激光熔敷层的相结构、显微组织以及腐蚀磨损性能的影响。试验结果表明 ,Ni6 0 +2 0 % WC+0 .5 % Ce O2 熔敷层的抗腐蚀磨损性能最好。

关键词：激光熔敷层 CeO2 显微组织腐蚀磨损性能

25Cr3Mo低合金钢在模拟矿井水环境下的腐蚀磨损行为

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热加工工艺 2024年 106-113页

作者：燕超仝哲曾群锋成跃王一钢中北大学先进制造技术山西省重点实验室西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室太重煤机有限公司

以25Cr3Mo低合金钢为研究对象，探索酸性、中性及碱性三种模拟矿井水环境下，采煤机滑靴材料25Cr3Mo钢表面的腐蚀磨损损伤行为。通过分析摩擦系数曲线、磨损形貌、元素分布及其化学态，定量计算不同条件下的比磨损率，揭示采煤机滑靴在... 详细信息

以25Cr3Mo低合金钢为研究对象，探索酸性、中性及碱性三种模拟矿井水环境下，采煤机滑靴材料25Cr3Mo钢表面的腐蚀磨损损伤行为。通过分析摩擦系数曲线、磨损形貌、元素分布及其化学态，定量计算不同条件下的比磨损率，揭示采煤机滑靴在模拟矿井水下的损伤机理。结果表明：25Cr3Mo钢在酸性、中性矿井中的稳定摩擦系数约为0.15，而在碱性矿井水下稳定摩擦系数下降至0.10，均小于干摩擦环境下的摩擦系数（0.27）。三种模拟矿井水下，25Cr3Mo钢的比磨损率相较于干摩擦均可降低一个数量级，但模拟矿井水环境中，25Cr3Mo钢表面会形成大量腐蚀凹坑，最大深度可达3.42μm。在酸性和中性矿井水下，25Cr3Mo表面的腐蚀产物均为Fe3O4，且酸性环境中的腐蚀产物层出现大量微裂纹，而碱性矿井水下腐蚀产物中既含有Fe3O4，又有α-FeOOH和α-Fe2O3。

关键词： 25Cr3Mo钢模拟矿井水干摩擦腐蚀磨损性能表面损伤

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超高速激光熔覆技术研究现状及发展展望

粉末冶金材料科学与工程 2024年第3期29卷 151-161页

作者：肖明颖范振红烟台工程职业技术学院机械工程系烟台264006 哈尔滨工程大学烟台研究院烟台264006 烟台中集来福士海洋工程有限公司烟台264001

作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方... 详细信息

作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方面综述超高速激光熔覆技术的研究现状,分析该技术的不足,并对其研究及应用发展提出建议。

关键词：超高速激光熔覆涂层绿色制造组织结构腐蚀磨损性能高效率发展展望