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AlCrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能

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中国表面工程 2023年第4期36卷 118-128页

作者：薛海鹏房磊琦蔡飞李明喜安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点试验室马鞍山243002 安徽工业大学现代表界面工程研究中心马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002

针对AlCrSiN涂层难以满足高速干式切削加工的需求,通过添加B元素,利用多弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备高速干式切削性能优异的AlCrBSiN涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、高温退火炉、测力仪以及数控车床表征涂层的结构、高温性... 详细信息

针对AlCrSiN涂层难以满足高速干式切削加工的需求,通过添加B元素,利用多弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备高速干式切削性能优异的AlCrBSiN涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、高温退火炉、测力仪以及数控车床表征涂层的结构、高温性能及高速干式切削性能。结果表明,不同B含量(0at.%,0.64at.%和1.03at.%)的AlCrBSiN涂层中的相结构均为固溶的(Al,Cr)N相,B和Si元素主要以非晶Si3N4和BN的形式存在,B和Si元素均能够起到细化晶粒的作用;B5涂层(0.64at.%)显示出较好的结合强度(Lc2值为52.8N),而B10涂层(1.03at.%)的硬度最高(3618±71HK0.05);高温退火试验显示B5涂层具有最佳的高温稳定性能,而高速干式车削结果进一步表明B5涂层车刀切削力最小,切削寿命最高(17min),与未添加B的AlCrSiN相比提高了21%。涂层刀具后刀面的主要磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损,前刀面的主要磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损和粘结磨损。B元素可以提高AlCrBSiN涂层刀具的高温稳定性能和高速干式切削性能。所制备的AlCrBSiN涂层能有效提高刀具表面的高温和抗切削磨损性能,在高速干式切削领域具有较好的应用情景。

关键词： AlCrBSiN涂层高温性能高速干式切削磨损

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铝硅复合硅氧烷封孔层的制备及耐腐蚀性能

表面技术 2019年第10期48卷 258-266页

作者：王学生刘侠包全合张世宏安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的提高涂层耐腐蚀性能,并研究封孔剂中铝硅溶胶与硅氧烷的比例对封孔性能的影响。方法以铝硅复合溶胶和甲基三甲氧基硅氧烷(MTMS)为主要原料,通过溶胶-凝胶法制备无机-有机复合封孔剂,并对Cr3C2-NiCr热喷涂涂层进行封孔,探究不同比例... 详细信息

目的提高涂层耐腐蚀性能,并研究封孔剂中铝硅溶胶与硅氧烷的比例对封孔性能的影响。方法以铝硅复合溶胶和甲基三甲氧基硅氧烷(MTMS)为主要原料,通过溶胶-凝胶法制备无机-有机复合封孔剂,并对Cr3C2-NiCr热喷涂涂层进行封孔,探究不同比例的复合封孔剂对涂层耐腐蚀性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、热重-差热(TG-DTA)、扫描电子显微镜(SEM)检测研究封孔层物相组成、热稳定性和微观形貌。通过极化曲线和电化学阻抗谱测试研究封孔前后涂层的耐腐蚀性能,并以全浸泡腐蚀试验对其耐腐蚀性能进一步探究。结果铝硅复合硅氧烷封孔剂的固化温度在120℃左右,固化后,涂层表面光滑致密,封孔剂的耐热温度在300℃左右。该封孔剂对涂层孔隙具有良好的填充作用。当铝硅复合溶胶和硅氧烷质量比为3︰2时,涂层的耐腐蚀性最好,其自腐蚀电流密度和阻抗分别为8.671×10^–6 A/cm2和4593Ω·cm^2,全浸泡腐蚀速率为4.17×10^-3 g/(m^2·h)。随着封孔剂中MTMS比例增加,固化过程中不断有裂纹产生,导致涂层的耐腐蚀性能不断降低。结论制备的封孔剂显著提高了涂层的耐腐蚀性能,并且在MTMS质量分数为40%时,其耐腐蚀性能最优。

关键词：铝硅复合硅氧烷封孔剂 Cr3C2-NiCr涂层耐热性耐腐蚀性能

黏结层及真空退火对NiCr-30%Cr3C2金属-陶瓷喷涂层性能的影响

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材料工程 2019年第7期47卷 144-150页

作者：柯鹏蔡飞胡凯张世宏王硕煜朱广宏倪振航胡小红安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243002 安徽马钢表面工程技术有限公司安徽马鞍山243000

采用两种黏结层(电镀Ni+HVOFNiCr黏结层和电镀Ni黏结层),通过超音速火焰喷涂技术制备NiCr-30%Cr3C2(质量分数)金属-陶瓷涂层,并对含电镀Ni黏结层的涂层在不同温度(800,850,900℃)下进行真空退火处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显... 详细信息

采用两种黏结层(电镀Ni+HVOFNiCr黏结层和电镀Ni黏结层),通过超音速火焰喷涂技术制备NiCr-30%Cr3C2(质量分数)金属-陶瓷涂层,并对含电镀Ni黏结层的涂层在不同温度(800,850,900℃)下进行真空退火处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子拉伸试验机、销盘摩擦磨损仪(BOD)以及台阶仪研究了黏结层和退火处理对涂层的物相结构、结合强度和不同载荷下摩擦性能的影响。结果表明:采用Ni黏结层涂层的结合强度达64MPa,且退火后结合强度明显提升;20N载荷下,该涂层的耐磨性优于Ni-NiCr黏结层涂层,且退火后耐磨性明显提升;在5N载荷下,两种黏结层涂层的耐磨性相近,但退火后Ni黏结层涂层的耐磨性降低。

关键词：超音速火焰喷涂黏结层退火处理耐磨性结合强度

磷酸铝铬封孔处理对热喷涂WC-12Co涂层耐蚀性的影响

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中国表面工程 2017年第4期30卷 56-63页

作者：李乐陈汪林蔡飞张林张世宏安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243000 安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243000

以磷酸铝铬溶液和Cr_2O_3粉末为原料制备了一种封孔剂,并对WC-12Co热喷涂涂层进行封孔处理。利用XRD、SEM、EDS以及TG-DSC分别对磷酸铝铬的物相、封孔前后涂层表面形貌、固化特性和耐热性能进行检测分析。利用动电位极化电化学测试和热... 详细信息

以磷酸铝铬溶液和Cr_2O_3粉末为原料制备了一种封孔剂,并对WC-12Co热喷涂涂层进行封孔处理。利用XRD、SEM、EDS以及TG-DSC分别对磷酸铝铬的物相、封孔前后涂层表面形貌、固化特性和耐热性能进行检测分析。利用动电位极化电化学测试和热震试验分别对封孔前后涂层的抗腐蚀性和固化后的磷酸铝铬层的抗热震性能进行研究。结果表明:磷酸铝铬的固化温度在250℃左右,在700℃内体系无任何热效应发生,材料具有良好的耐热性能。固化后涂层表面致密,磷酸铝铬对涂层孔隙具有良好的填充作用,明显降低了涂层的孔隙率。封孔后的涂层具有较高的自腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,涂层耐蚀性显著提高。在450℃下进行热震试验,当热震次数一定时(热循环100次),添加填料的磷酸铝铬层的剥落面积低于未添加填料的磷酸铝铬层,表现出较高的抗热震性能。

关键词：磷酸铝铬封孔剂热喷涂涂层耐腐蚀

喷丸压力对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第12期51卷 4610-4617页

作者：吴培松张继祥周伯谋薛召露陆燕玲重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中国科学院上海应用物理研究所上海201800 安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243002

采用喷丸压力分别为0.3、0.45和0.6 MPa对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用SEM观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过OM、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条... 详细信息

采用喷丸压力分别为0.3、0.45和0.6 MPa对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用SEM观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过OM、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳试验,并通过SEM观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3~0.6 MPa范围内,疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感,且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时,喷丸产生的效果最优,疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。

关键词： GH3535合金喷丸压力显微硬度残余应力高周疲劳

等离子渗镀TiN/TiCN多涂层的力学和摩擦磨损性能

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金属热处理 2019年第12期44卷 33-38页

作者：张林刘晴张百勇蔡飞张世宏安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

采用等离子渗镀复合处理技术在DC53模具钢表面制备出TiN/TiCN多层涂层,重点研究了等离子渗氮(PN)和等离子氮碳共渗(PNC)工艺对随后的电弧离子镀TiN/TiCN涂层的力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:经等离子渗氮和等离子氮碳共渗处理... 详细信息

采用等离子渗镀复合处理技术在DC53模具钢表面制备出TiN/TiCN多层涂层,重点研究了等离子渗氮(PN)和等离子氮碳共渗(PNC)工艺对随后的电弧离子镀TiN/TiCN涂层的力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:经等离子渗氮和等离子氮碳共渗处理后,模具钢基体表面均形成Fe3N和γ'-Fe4N化合物。等离子渗氮(等离子氮碳共渗)-电弧离子镀复合处理工艺制备的TiN/TiCN多层涂层的硬度和结合强度明显优于单一的TiN/TiCN多层涂层样品。由于等离子氮碳共渗硬化层中存在较多的γ'-Fe4N硬质相,有利于面心立方结构氮化物涂层外延生长,改善了涂层体系的承载能力,耐磨损性能得到显著提升。

关键词： TiN/TiCN多层涂层等离子渗氮等离子氮碳共渗电弧离子镀

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NiCrN涂层相成分调控及腐蚀磨损机理

硅酸盐学报 2019年第4期47卷 545-552页

作者：杨英李乐巫业栋张林蔡飞刘侠王启民张世宏安徽工业大学现代表界面工程研究中心安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 广东工业大学机电工程学院广州510006

采用电弧离子镀技术在42CrMo钢基体上沉积NiCrN涂层,通过改变N2流量来调控涂层的相成分,并研究其对腐蚀磨损性能的影响规律。研究表明:随着N2流量的增加,CrN相含量增加,金属Ni、Cr相含量相对降低,并导致涂层的硬度由530 HV逐渐升高至710... 详细信息

采用电弧离子镀技术在42CrMo钢基体上沉积NiCrN涂层,通过改变N2流量来调控涂层的相成分,并研究其对腐蚀磨损性能的影响规律。研究表明:随着N2流量的增加,CrN相含量增加,金属Ni、Cr相含量相对降低,并导致涂层的硬度由530 HV逐渐升高至710 HV。涂层的腐蚀电位随着CrN相含量增加而逐渐正移,腐蚀电流密度基本维持在同一数量级。在腐蚀磨损的中后期,涂层的失效形式以点蚀为主。随着涂层中CrN相含量增加,涂层的耐点蚀性能变差。最后,详细讨论了涂层的腐蚀磨损机理。

关键词：镍铬氮涂层电弧离子镀相成分腐蚀磨损

硬质合金刀具高能离子源增强多弧镀AlCrTiSiN梯度涂层制备及性能研究

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机械工程学报 2019年第19期55卷 213-220页

作者：蔡飞高营蔡习军张林张世宏王启民安徽工业大学现代表界面工程研究中心马鞍山243000 安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243000 广东工业大学机电工程学院广州510006

采用离子源增强的多弧离子镀新技术,在硬质合金刀具表面制备了不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN梯度涂层,并对涂层组织结构、残余应力、结合强度、摩擦磨损以及铣削和钻削加工灰铸铁性能进行了详细的研究。结果表明:不同含Si层梯度结构的A... 详细信息

采用离子源增强的多弧离子镀新技术,在硬质合金刀具表面制备了不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN梯度涂层,并对涂层组织结构、残余应力、结合强度、摩擦磨损以及铣削和钻削加工灰铸铁性能进行了详细的研究。结果表明:不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN涂层主要由固溶的(Al, Cr)N、(Al, Ti)N相和非晶态Si3N4相组成。其中,含Si层梯度变化最缓和的G3(Gradient 3)涂层具有较高的结合强度,较低的残余压应力、摩擦因数和磨损率。铣削和钻削试验显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘着磨损。G3涂层降低了磨粒磨损,其刀具的铣削和钻削寿命均最高,这主要得益于其含Si层的梯度设计、适当的压应力(-3.8 GPa)以及良好的膜基结合强度。研究结果表明,通过对含Si层进行梯度设计可显著提高涂层刀具的切削性能。

关键词：刀具涂层切削梯度结构结合强度磨损

基体偏压对ZrN涂层微观结构及力学性能的影响

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真空科学与技术学报 2017年第9期37卷 916-922页

作者：毛绍宝张林张世宏安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243000 安徽工业大学现代表界面工程研究中心马鞍山243000

利用多弧离子镀技术通过改变基体偏压(-100,-150,-200 V)在SKD11模具钢基体上制备了一系列ZrN涂层。采用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机和台阶仪等分析技术对涂层的结构、表面形貌、硬度、弹性模量、断裂韧... 详细信息

利用多弧离子镀技术通过改变基体偏压(-100,-150,-200 V)在SKD11模具钢基体上制备了一系列ZrN涂层。采用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损试验机和台阶仪等分析技术对涂层的结构、表面形貌、硬度、弹性模量、断裂韧性、结合力、摩擦磨损性能等进行表征,重点研究基体偏压对涂层微观结构和力学性能的影响。结果表明,在不同偏压条件下制备的涂层始终由ZrN相构成;随着基体偏压的升高,ZrN涂层生长的择优取向发生了改变,生长择优取向从低偏压下(-100 V)的(311)向(111)(-200 V)转变;硬度和结合力呈现先增后减的趋势,并在偏压为-150 V时达到最大值,分别为29.14 GPa和58 N;摩擦系数及磨损量均在偏压为-150 V时最低。

关键词： ZrN涂层多弧离子镀偏压微观结构力学性能