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激光表面织构技术调控材料摩擦学性能的研究进展

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表面技术 2024年第9期53卷 85-101,157页

作者：李文轩段海涛李国政詹胜鹏章武林马利欣贾丹武汉材料保护研究所有限公司特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 湖北隆中实验室湖北襄阳441000

表面织构是提高工程材料摩擦学性能有效的表面改性方法之一。近年来多种表面织构技术已被应用于提高材料表面减摩耐磨性能,而在众多表面织构化技术中,激光表面织构技术由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点而被广泛应用。综... 详细信息

表面织构是提高工程材料摩擦学性能有效的表面改性方法之一。近年来多种表面织构技术已被应用于提高材料表面减摩耐磨性能,而在众多表面织构化技术中,激光表面织构技术由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点而被广泛应用。综述了激光表面织构的最新进展及应用,讨论了目前激光表面织构技术存在的问题及解决方法,总结了3种不同加工原理下的激光处理方法存在的问题,包括形状参数难控制、精度较差及灵活性较低等,并介绍了液相辅助加工技术在激光表面织构技术中的应用,同时分析了不同工艺参数包括密度、形状及深度等对材料摩擦学性能的影响。综述了激光表面织构技术复合涂层技术的研究现状,其中激光表面织构与非金属或金属涂层复合,包括氧化石墨烯填充PTFE涂层复合激光表面织构、复合热丝化学气相沉积增强激光表面织构、复合电液雾化增强激光表面织构及复合激光熔覆技术增强激光表面织构。总结了激光表面织构技术结合不同润滑技术对材料摩擦学性能的影响。最后展望了激光表面织构在各个领域的未来发展方向。

关键词：激光加工表面织构摩擦性能涂层复合工艺参数

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碱性锌镍镀液组成对镀层性能的影响

表面技术 2024年

作者：丁运虎李雨昕胡遐林贺颖刘宏芳段海涛中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司华中科技大学化学与化工学院

目的为获得绿色化、高稳定的碱性锌镍合金工艺，并探索碱代镉性电镀锌镍工艺中单一组分参数对锌镍合金镀层性能的影响方法在镍离子主络合剂C的碱性镀液中电沉积制备锌镍合金镀层。通过HullCell实验分析、电化学分析、扫描电镜分析等... 详细信息

目的为获得绿色化、高稳定的碱性锌镍合金工艺，并探索碱代镉性电镀锌镍工艺中单一组分参数对锌镍合金镀层性能的影响方法在镍离子主络合剂C的碱性镀液中电沉积制备锌镍合金镀层。通过HullCell实验分析、电化学分析、扫描电镜分析等方法，研究碱性锌镍合金体系中，其他条件一定时，镀液中锌离子、镍离子、络合剂C以及氢氧化钠含量分别对镀层厚度、镍含量、耐蚀性和微观结构的影响。结果实验结果表明，其他条件一定时，镀层镍含量与镀液中镍离子和络合剂C含量成正比，与锌离子和氢氧化钠含量成反比，镀层中镍含量远低于锌含量，在该碱性锌镍工艺体系中表现为异常共沉积；从扫描电镜结果和电化学测试结果表明，其他条件一定时，当镍离子和络合剂C含量增加时，镀层的腐蚀电流密度减小，且腐蚀电流密度的最大值和最小值相差一个数量级，镀层越致密，表面形貌较好，锌离子含量和氢氧化钠含量增加时，镀层表面粗糙，结构疏松，其腐蚀电流密度增大，耐蚀性降低。结论在络合剂C的碱性锌镍工艺中，电沉积锌镍合金是一个异常共沉积的过程，在1-5 A/dm2之间镀层镍含量较稳定，镀液金属离子（锌、镍离子）变化对镀层镍含量的影响较大，控制镀液中锌镍离子含量，镀层镍含量可稳定在12%-15%。镀液中各组分单一浓度变化，使得镀层镍含量、形貌变化，对镀层耐蚀性产生影响。当其他条件一定时，镀液镍离子﹑锌离子﹑络合剂C和氢氧化钠含量分别为1.6 g/L、7 g/L、140 mL/L、80 g/L，镀层表面较平整，孔洞和裂纹较少，镀层的耐蚀性最好。

关键词：锌镍合金碱性电镀镀层厚度及镍含量耐蚀性微观形貌

CCSA和Q235B钢在长江淡水环境中腐蚀行为研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 735-744页

作者：张照易周学杰陈昊吴军陈志飈陈志坚中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 湖北武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站武汉430030 中国船级社武汉规范研究所武汉430030

利用形貌分析、腐蚀失重、X射线衍射仪(XRD)、电化学方法开展对CCSA和Q235B两种船用钢板材料在长江淡水环境中不同区域(大气区、水线区、水下区)暴露0.5、1、2、3、4和7 a腐蚀行为的研究。结果表明,两种碳钢在长江淡水环境发生明显腐蚀... 详细信息

利用形貌分析、腐蚀失重、X射线衍射仪(XRD)、电化学方法开展对CCSA和Q235B两种船用钢板材料在长江淡水环境中不同区域(大气区、水线区、水下区)暴露0.5、1、2、3、4和7 a腐蚀行为的研究。结果表明,两种碳钢在长江淡水环境发生明显腐蚀,且腐蚀形貌十分相似,腐蚀发展均遵循幂函数规律;在大气区、水线区和水下区,第7 a CCSA的腐蚀率分别为8、77和40μm·a^(-1),Q235B的腐蚀率分别为9、80和41μm·a^(-1),在水线区腐蚀最为严重。腐蚀产物成分中除泥沙外,主要包含α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)/γ-Fe_(2)O_(3)。综合电化学分析结果,CCSA较Q235B具有更好的耐蚀性,长江淡水环境不同区域对碳钢腐蚀快慢程度由大到小排序为:水线区>水下区>大气区。

关键词： CCSA Q235B 长江淡水环境腐蚀

TC4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第5期53卷 69-77页

作者：刘畅张春晖杜鹏程许建亮高名传陈同舟武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉船用机械有限责任公司武汉430080 凌云科技集团有限责任公司武汉430030

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构... 详细信息

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3,低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层硬度1120HV0.3。在高载荷作用下,由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层。3种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4钛合金基材。Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层对TC4的切削和NiCr涂层对TC4的黏着导致了TC4对磨副的严重磨损。中等硬度的Ni50涂层对TC4的切削和黏着作用分别弱于Cr_(3)C_(2)-NiCr和NiCr涂层,TC4对磨副的磨损损失最低。结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低TC4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

关键词： HVOF TC4钛合金 Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层 Ni50涂层断裂韧性摩擦学性能

风力发电机叶片覆冰机理及防除冰技术研究进展

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表面技术 2024年第12期53卷 50-65页

作者：郭时毅安江峰吴军郑鹏华中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 湖北武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站武汉430030 新疆尉犁大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站新疆尉犁841500

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生... 详细信息

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生学开发了具有优异防除冰性能的超疏水涂层,并广泛应用。目前,防止风机结冰最常用和最直接的方法是主动加热技术。综述了风力发电机覆冰的基本理论,介绍了覆冰产生的原因及危害,将覆冰抽象为过冷水滴在下降过程中撞击风力发电机叶片并黏附在叶片上,与叶片表面发生复杂热交换后凝结成冰的模型。概述了目前国内外常用的风力发电机防除冰方法,分析了不同被动和主动防除冰技术的优缺点。通过研究工程应用案例发现,单一的被动或主动防除冰技术存在防除冰能力有限、能耗高、效率低等问题,将不同的防除冰技术组合使用、互相补充,更能满足多样化实践需求,成为目前研究的热点和重点。在优化当前防除冰技术的基础上,采用组合防除冰技术具有良好的发展前景。

关键词：风力发电机叶片覆冰机理防除冰组合策略

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HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为

腐蚀与防护 2024年第10期 77-81页

作者：吴正江王博杨飞陈文锐李冬冬武汉第二船舶设计研究所中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司

依据海洋设备的实际服役条件,采用腐蚀电化学测试、人造海水试验、三亚实海腐蚀试验等方法,研究了HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为。结果表明:HDR钢在3.5%（质量分数）Na Cl溶液中的自腐蚀电位Ecorr为-0.151 6 V,腐蚀电流密度Jcorr为3.46×... 详细信息

依据海洋设备的实际服役条件,采用腐蚀电化学测试、人造海水试验、三亚实海腐蚀试验等方法,研究了HDR钢在海洋环境中的腐蚀行为。结果表明:HDR钢在3.5%（质量分数）Na Cl溶液中的自腐蚀电位Ecorr为-0.151 6 V,腐蚀电流密度Jcorr为3.46×10-7A·cm-2,极化曲线无钝化区;HDR钢在盐雾/干/湿交替循环试验中的腐蚀速率为0.369 0μm/a,在人造海水中的腐蚀速率为0.374 2μm/a,在三亚实海中的腐蚀速率从3个月时的0.91μm/a降至24个月时的0.08μm/a;综合评价HDR钢耐海水腐蚀性能优异,经过2 a实海腐蚀试验后,HDR钢主要发生了局部腐蚀,可作为现役材料40Cr、2Cr13的替换材料。

关键词： HDR钢舰艇海洋环境局部腐蚀

CrN/TiAlN多层涂层的微观结构和摩擦磨损性能

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中国表面工程 2024年第3期37卷 232-241页

作者：田峰段海涛潘邻许鑫宇秦江林魏琴琴罗国强国营武汉新宇机器厂武汉430060 武汉材料保护研究所特种表面防护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多... 详细信息

特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多层CrN/TiAlN涂层,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓仪、纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机,研究涂层的微观结构、机械性能和摩擦磨损性能。结果表明单层CrN涂层厚度为0.87μm,其硬度和模量最小为19.49 GPa和160.53 GPa。CrN/TiAlN多层涂层的硬度和模量明显提高,且随过渡层厚度增加而增大,4CrN/TiAlN涂层的硬度和模量可达到39.86 GPa和386.72 GPa。在空气环境下的摩擦磨损试验中,单层CrN涂层被快速破坏;CrN/TiAlN多层涂层的平均摩擦因数随着过渡层厚度的增加先增大后减小,最大磨损深度和磨痕截面积不断下降。4CrN/TiAlN涂层具有最优摩擦磨损性能,其平均摩擦因数为0.792 5,磨痕截面积为315.09μm^(2),磨损机理为磨粒磨损和少量粘着磨损。提高过渡层厚度能够降低基体的塑性变形,降低涂层与基体的物理性能差异,减少涂层开裂并提高涂层摩擦磨损性能。通过调控过渡层厚度获得性能优异的CrN/TiAlN多层涂层,研究成果可应用于车辆旋转密封件上,显著提高密封工作面耐磨损性能。

关键词： 45#钢 CrN涂层 CrN/TiAlN 多层涂层耐磨性磨损机制

K452合金表面CVD渗铝涂层制备温度对其750℃硫酸盐热腐蚀行为的影响

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 612-622页

作者：徐佳新耿树江王金龙王福会孙清云吴勇夏思瑶东北大学、沈阳材料科学国家研究中心东北大学联合研究分部沈阳110819 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030

采用化学气相沉积(CVD)技术在K452合金表面沉积渗铝涂层,沉积温度分别为850、950和1050℃。研究了沉积温度对CVD渗铝涂层在750℃空气中表面沉积Na_(2)SO_(4)及Na_(2)SO_(4)+NaCl环境下热腐蚀行为的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)技术在K452合金表面沉积渗铝涂层,沉积温度分别为850、950和1050℃。研究了沉积温度对CVD渗铝涂层在750℃空气中表面沉积Na_(2)SO_(4)及Na_(2)SO_(4)+NaCl环境下热腐蚀行为的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀前和后的试样进行截面形貌观察和物相结构分析。结果表明,在750℃下表面沉积Na_(2)SO_(4)及Na_(2)SO_(4)+NaCl热腐蚀50 h后,3种涂层试样均表现出了较K452合金更好的抗热腐蚀性能,且涂层的抗热腐蚀性能随着涂层沉积温度的增加而增强。

关键词： CVD渗铝涂层沉积温度 Na_(2)SO_(4)腐蚀 Na_(2)SO_(4)+NaCl腐蚀

Inconel 718及其渗铝涂层在Na_(2)SO_(4)+5%NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 623-634页

作者：胡琪耿树江王金龙王福会孙清云吴勇夏思瑶东北大学、沈阳材料科学国家研究中心东北大学联合研究分部沈阳110819 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030

采用化学气相沉积(CVD)工艺在镍基高温合金Inconel 718上制备了铝化物涂层,研究了Inconel 718合金及其渗铝涂层在750,850和950℃空气中Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:基体表现出较差的抗腐蚀性能,且... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)工艺在镍基高温合金Inconel 718上制备了铝化物涂层,研究了Inconel 718合金及其渗铝涂层在750,850和950℃空气中Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaCl混合盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:基体表现出较差的抗腐蚀性能,且温度越高腐蚀越严重;腐蚀初期表面腐蚀产物主要由Cr_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)组成,而随着腐蚀时间增加,尖晶石为主要腐蚀产物。此外,基体合金在850和950℃时的腐蚀膜疏松多孔,观察到开裂和剥落,抗腐蚀能力差;而渗铝涂层表现良好,腐蚀期间表面会形成Al_(2)O_(3)膜,极大提高了基体合金的抗腐蚀性能。虽然当腐蚀温度升高或腐蚀时间增加时,涂层会发生明显退化,且会导致腐蚀膜出现裂纹、孔洞等缺陷,其与涂层结合不紧密,但仍能在很大程度上有效保护基体。

关键词： Inconel 718 CVD渗铝涂层 Na_(2)SO_(4)+5%NaCl 热腐蚀