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细晶粒硬质合金预处理工艺优化及金刚石涂层性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1138-1148页

作者：王倚倩苏一凡张聿铭张程林松盛代明江孙志鹏石倩广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 广东省科学院新材料研究所、现代材料表面工程技术国家工程实验室、广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。... 详细信息

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。利用扫描电子显微镜和EDS能谱仪对预处理后基体的表面形貌和钴含量以及涂层形貌进行分析,采用拉曼光谱、X射线衍射光谱对涂层物相结构进行分析表征,并采用固体颗粒冲刷测试间接评价金刚石涂层的抗冲刷性能。结果表明:酸处理对Co的去除起着重要作用,WC晶粒越小所需酸处理的时间越长,碱溶液刻蚀WC的速度呈先上升后下降的趋势,碱处理3min时基体表面暴露的Co含量最多。预处理不仅可以改变基体内部WC和Co的含量,还能改变基体表面的粗糙度,粗糙度的变化与基体表面Co含量的变化规律相一致。由此确定了WC-6%Co(0.2μm)基体的最佳工艺为A10+M3+A10 s,WC-6%Co(0.4μm)基体的最佳工艺为A6+M3+A30 s,WC-6%Co(1μm)基体的最佳工艺为A2+M3+A2。且基体经三步法预处理后沉积的金刚石涂层致密,结晶性较好,抗冲刷性能、结合力性能均优于两步法处理工艺,尤其是WC-6%Co(1μm)基体上的金刚石涂层抗冲刷性能最好。

关键词：硬质合金金刚石涂层晶粒度结合力

钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

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表面技术 2024年第8期53卷 63-73页

作者：李超孙刚马国佳吴俊升张博威张昊泽北京科技大学新材料技术研究院北京100083 中国航发动力股份有限公司西安710021 中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室北京100024 中国航空制造技术研究院先进表面工程技术航空重点实验室北京100024

目的解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学... 详细信息

目的解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp^(3)键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp3键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%(原子数分数)时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006μA/cm^(2)和0.63μA/cm^(2),比其他薄膜的低1~2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。

关键词： DLC薄膜磁控溅射腐蚀摩擦磨损元素掺杂

大气等离子喷涂及固相反应法制备MnCoCu金属连接体防护涂层

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表面技术 2024年第2期53卷 175-183页

作者：杨壮壮刘太楷文魁宋琛张留艳邓畅光邓春明刘敏广东工业大学材料与能源学院广州510640 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650

目的锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通... 详细信息

目的锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通过Cu元素的添加,在尖晶石涂层中引入高电导率的铜锰尖晶石相,获得高电导率尖晶石涂层,并通过对涂层的相组成、表面截面形貌、元素分布、电性能等物性的表征,揭示Cu添加量及固相转变条件对尖晶石涂层性能的影响规律。结果 800℃热处理后涂层明显致密化、均匀化,涂层主相为Cu_(x)Mn_(3-x)O_(4)(x=1,1.2,1.4)和MnCo_(2)O_(4);在基体和涂层的界面处存在Cr富集,800℃氧化10h后,含Cu量12%(质量分数)的试样面比电导最高;氧化100h后,面比电导有所下降,含Cu量12%(质量分数)试样仍具有最高的面比电导;经过还原的试样面比电导明显低于未还原样品,其原因在于还原过程中Cr元素产生扩散,氧化后生成了较多的低电导率相。涂层导电性随Cu含量的增加而增大,800℃时Cu含量为12%(质量分数)的样品电导率可达93.15S/cm。结论尖晶石涂层可通过APS制备的金属涂层经热处理后获得;涂层的相组成可以通过金属粉末成分进行调控;Cu的添加有效提高了涂层的电导率,且随Cu含量的增加而增大;经还原处理后的涂层更加致密,但导电性低于未还原样品。

关键词：大气等离子喷涂连接体防护尖晶石涂层 MnCoCu涂层电导率

Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 126-135页

作者：岳术俊史文玲解凤宝潘超闫星辰北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京100021 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510651 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%... 详细信息

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

关键词：激光选区熔化 CoCrMoCu 摩擦磨损性能微观组织自润滑医用金属

悬浮液等离子喷涂高效制备TiO_(2)涂层及其光催化性能

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表面技术 2024年第1期53卷 209-219页

作者：崔赛楠范秀娟尹辉俊李双建张小峰何春艳宋琛邓春明毛杰广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州200240 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 广东工业大学广州510006

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中... 详细信息

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中的Ti4+还原成Ti3+。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱光谱仪、紫外-可见光谱仪等对TiO_(2)粉末以及所制备涂层的结构形貌、物相组成、元素价态、光学特性进行分析。以亚甲基蓝为目标污染物,使用光化学反应仪测试粉末和涂层的光催化性能。结果TiO_(2)涂层表面呈现由熔融和半熔融颗粒组成的“喀斯特”微观形貌,表面粗糙度为2.94μm,孔隙率为10.2%。TiO_(2)粉末物相为纯锐钛矿,涂层物相由锐钛矿、金红石相及TiO_(2)-x相组成。TiO_(2)涂层中Ti3+的存在使其带间隙减小0.6eV。在紫外光条件下,TiO_(2)粉末的催化速率为0.00348,而涂层的催化速率为0.00345。在可见光条件下,粉末的催化速率与亚甲基蓝的光解速率相近,涂层的催化速率是0.00307。结论通过SPS技术成功制备了TiO_(2)光催化涂层,其在可见光条件下的催化性能较粉末有显著提升。

关键词：悬浮液等离子喷涂 TiO_(2)涂层微观结构物相组成带间隙光催化性能

喷丸对DD412单晶高温合金表面完整性和疲劳性能的影响

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材料工程 2024年第7期52卷 152-161页

作者：王琨罗学昆宋尽霞周春根田凯王一鸣王欣中国航发北京航空材料研究院表面工程研究所北京100095 中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空重点实验室北京100095 中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

为提高涡轮叶片榫头的疲劳性能,研究了喷丸对DD412单晶合金表面完整性和高温疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、粗糙度仪、显微硬度计、扫描电镜、透射电镜等分别对喷丸前后的表面形貌、粗糙度、硬度梯度、微观组织进行表征,并采用... 详细信息

为提高涡轮叶片榫头的疲劳性能,研究了喷丸对DD412单晶合金表面完整性和高温疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、粗糙度仪、显微硬度计、扫描电镜、透射电镜等分别对喷丸前后的表面形貌、粗糙度、硬度梯度、微观组织进行表征,并采用旋弯疲劳试验机测试高温疲劳寿命和极限。结果表明:喷丸后,表面磨削刀痕被消除,显著降低表面微观应力集中系数;试样表层组织发生剧烈塑性变形,并形成深度约0.10~0.32 mm的硬化层。相比未喷丸试样,优化工艺喷丸试样在600℃/500 MPa条件下的旋弯中值疲劳寿命提高21.7倍以上,在600℃下的中值疲劳极限提高了17.3%。经分析认为,喷丸对表面完整性的优化是DD412合金高温疲劳性能提升的主要原因。

关键词：喷丸单晶合金表面完整性疲劳寿命微观组织硬度

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基于广义精细复合多尺度量子熵和核主成分分析的中介轴承故障诊断方法

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航空动力学报 2024年第2期39卷 76-85页

作者：田晶张羽薇张凤玲艾辛平高崇沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

针对中介轴承振动信号传递到机匣测表面上路径复杂,导致故障特征提取及识别困难等问题,提出了一种基于广义精细复合多尺度量子熵(generalized refined composite multiscale quantum entropy,GRCMQE)、核主成分分析(kernel principal co... 详细信息

针对中介轴承振动信号传递到机匣测表面上路径复杂,导致故障特征提取及识别困难等问题,提出了一种基于广义精细复合多尺度量子熵(generalized refined composite multiscale quantum entropy,GRCMQE)、核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)与参数优化支持向量机的中介轴承故障诊断方法。该方法首先采用GRCMQE从振动信号中提取故障特征,构建高维故障特征集。其次,采用KPCA方法对高维特征数据降维,得到低维流形特征。然后,将得到的特征输入到基于交叉验证优化的支持向量机(cross validation-support vector machine,CV-SVM)中,完成故障模式识别。最后,在中介轴承故障数据集上对所提出的方法进行测试,结果表明该方法能够有效实现中介轴承不同故障类型的识别,并且故障识别精度达到98.33%。

关键词：中介轴承振动信号广义精细复合多尺度量子熵核主成分分析故障诊断

TiZrAlHf钛基中熵合金热变形及组织演变规律

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材料工程 2024年第1期52卷 128-136页

作者：刘倩倩杨啸雨高帆李臻熙刘宏武王青峰燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066004 中国航发北京航空材料研究院先进钛合金航空科技重点实验室北京100095

为优化新型TiZrAlHf钛基中熵合金的热加工窗口,采用热压缩模拟实验和组织表征的方法对热变形特性、热变形组织演变规律进行研究。结果表明:TiZrAlHf合金铸锭的组织主要由片层状α相和晶界处的魏氏组织组成。合金β转变温度(Tβ)为895℃... 详细信息

为优化新型TiZrAlHf钛基中熵合金的热加工窗口,采用热压缩模拟实验和组织表征的方法对热变形特性、热变形组织演变规律进行研究。结果表明:TiZrAlHf合金铸锭的组织主要由片层状α相和晶界处的魏氏组织组成。合金β转变温度(Tβ)为895℃,在α/α+β相区(700~850℃)测试工艺范围内变形时,变形温度700~750℃之间存在失稳区,热变形激活能为827.514 kJ/mol,变形组织主要为球状α相,软化机制为片层状α相球化;在β相区(900~1100℃)测试工艺范围内,加工图中不存在失稳区,同时所有试样均完好,无开裂,能够采用自由锻造的方式进行开坯及改锻,热变形激活能为113.909 kJ/mol,变形组织主要为拉长的β晶粒和内部的针状α′马氏体,软化机制为动态回复;两种变形软化机制的本质均为位错的增殖、滑移和胞状结构演化。

关键词：钛基中熵合金热变形组织演变 α相球化动态回复

激光沉积修复GH738/K417G合金的组织及性能

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稀有金属 2024年第6期48卷 903-912页

作者：卞宏友姚佳彬刘伟军邢飞王慧儒徐效文沈阳工业大学机械工程学院辽宁省激光表面工程技术重点实验室

针对K417G合金零件受高温气流的冲蚀而产生气蚀磨损的问题，采用GH738高温合金粉末，对K417G高温合金进行激光沉积修复试验研究，分析了沉积层裂纹产生的原因，优化激光工艺参数。研究了时效热处理前后修复试样的显微组织和硬度，以及... 详细信息

针对K417G合金零件受高温气流的冲蚀而产生气蚀磨损的问题，采用GH738高温合金粉末，对K417G高温合金进行激光沉积修复试验研究，分析了沉积层裂纹产生的原因，优化激光工艺参数。研究了时效热处理前后修复试样的显微组织和硬度，以及时效热处理态试样的摩擦磨损性能。结果表明：沉积态修复区组织以外延生长的柱状枝晶为主，顶部出现了等轴晶组织，碳化物含量较少；热影响区中碳化物的含量增多，且尺寸相对减小。经时效热处理后，修复区中形成了新的晶界和晶粒，γ′相和碳化物的析出量增加，分布更加密集；时效热处理态基体和修复区平均硬度分别为HV0.3386.58和HV0.3446.58；时效热处理态修复区的平均硬度提高了HV0.3115.66，比基体高15.5%；基体的主要磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损，平均摩擦系数为0.69；时效热处理态修复区的磨损机制主要为轻度的磨粒磨损和氧化磨损，平均摩擦系数为0.38；时效热处理态修复区的摩擦系数仅为基体的55%，表明时效热处理态修复区比基体具有更好的耐磨性。

关键词：激光沉积修复工艺参数显微组织硬度摩擦磨损