硬质合金刀具表面AlCrBN/AlTiN多层涂层制备及高速干式切削钛合金性能

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作者 陶朗朗 陶文远 +3 位作者 方炜 蔡飞 薛海鹏 张世宏 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期268-280,共13页

针对Al TiN涂层难以满足高速干式切削加工钛合金的苛刻需求,采用电弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备不同多层结构的AlCrBN/AlTiN多层涂层(交替沉积5次和10次,分别标记为AlCrBN-5和AlCrBN-10),研究多层涂层的结构、硬度、摩擦磨损、... 针对Al TiN涂层难以满足高速干式切削加工钛合金的苛刻需求,采用电弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备不同多层结构的AlCrBN/AlTiN多层涂层(交替沉积5次和10次,分别标记为AlCrBN-5和AlCrBN-10),研究多层涂层的结构、硬度、摩擦磨损、高温性能及涂层刀具高速干式切削钛合金性能。多层涂层物相由fcc-(Cr,Al)N和fcc-(Ti,Al)N组成;多层结构可以显著提升涂层的硬度,其中AlCrBN-10涂层具有最高的硬度(4470 HK_(0.05));多层涂层经1000℃真空退火处理后,仍具有较高的硬度(~2790 HK_(0.05))。摩擦磨损结果表明:多层涂层可以显著降低其摩擦因数和磨损率,其中AlCrBN-10涂层的摩擦因数和磨损率最低,分别为0.56和0.21×10^(-15)m^(3)·N^(-1)·m^(-1)。涂层刀具高速干式切削钛合金结果显示:当切削速度为100 m/min时,多层涂层刀具的切削寿命略有提升,其中AlCrBN-5涂层刀具的切削寿命为15 min,与AlTiN涂层相比(12 min)提升25%;当切削速度提升至150 m/min时,多层涂层刀具的切削寿命显著提升,其中AlCrBN-10涂层刀具的切削寿命为280 s,与AlTiN涂层相比(80 s)提升250%;不同切削速度下,刀具前刀面和后刀面的磨损均为粘着磨损和氧化磨损。通过在硬质合金刀具表面构筑Al TiN/AlCrBN多层结构涂层,可以显著提升其硬度和高温稳定性,降低其前刀面和后刀面的粘着磨损和氧化磨损,进而提升涂层刀具的高速干式切削钛合金性能。所制备的AlCrBN/AlTiN多层涂层能有效提高刀具表面的高温和抗磨损性能,在高速干式切削领域具有较好的应用情景。 展开更多

关键词 AlCrBN涂层 刀具涂层 高速干式切削 多层涂层 磨损

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表面技术提高农林机械耐磨性能及应用研究进展 被引量：1

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作者 王志文 刘秀波 +2 位作者 周安 张飞志 张世宏 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期102-116,共15页

农林机械如割草机刀片、深松铲犁铧铲尖和旋耕机松土刀片等关键运动部件在使用中,受到长期严重的磨损、腐蚀和冲击等而导致失效,阻碍其进一步发展。表面改性技术应用潜力巨大,但针对农林机械的研究进展尚缺乏系统综述。阐述农林机械使... 农林机械如割草机刀片、深松铲犁铧铲尖和旋耕机松土刀片等关键运动部件在使用中,受到长期严重的磨损、腐蚀和冲击等而导致失效,阻碍其进一步发展。表面改性技术应用潜力巨大,但针对农林机械的研究进展尚缺乏系统综述。阐述农林机械使用工况及其关键运动部件在服役过程中的失效原因,重点概述四种表面技术(热喷涂、喷焊、堆焊、激光熔覆)的优缺点及其在农林机械上的应用示例,提炼出针对不同工况表面技术的选择依据。通过对四种表面技术的特点和适用场合的归纳总结,激光熔覆作为一种新型的金属表面功能涂层制造技术,具有较高效率、高强度冶金结合和较高性价比,在提高农林机械关键运动部件耐磨性能上的应用具有较大前景。综述相关研究现状指出现有研究的不足及未来研究的展开方向,可为表面技术提高农林机械关键运动部件耐磨性提供全面理论依据。 展开更多

关键词 表面技术 农林机械 摩擦学性能 研究进展

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电弧离子镀涂层大颗粒缺陷控制与抑制技术研究进展 被引量：1

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作者 张泽 张远涛 +3 位作者 张林 赵栋才 张腾飞 张世宏 《表面技术》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页

电弧离子镀是当前应用最广泛的物理气相沉积技术,其制备的涂层具备高硬度、高沉积效率和良好的结合力等优点,在刀具及模具涂层领域展现出显著优势。然而,该技术存在涂层表面大颗粒缺陷的问题,严重限制了其在高精密加工、高致密性防护涂... 电弧离子镀是当前应用最广泛的物理气相沉积技术,其制备的涂层具备高硬度、高沉积效率和良好的结合力等优点,在刀具及模具涂层领域展现出显著优势。然而,该技术存在涂层表面大颗粒缺陷的问题,严重限制了其在高精密加工、高致密性防护涂层以及传感器绝缘膜等领域的推广应用。因此,如何有效减少涂层表面大颗粒缺陷的数量和密度已成为相关机构关注的重要研究方向之一。总结了电弧离子镀技术在大颗粒缺陷控制和抑制方面的最新进展和应用,探讨了当前存在的问题及解决方案。对大颗粒产生、传输和到达3个阶段下的产生/运动机理和控制手段进行了总结。针对大颗粒产生过程,通过优化弧源设计,改善磁场分布,提高弧斑运动速度,实现了更加均匀、快速的弧斑运动轨迹,减少了大颗粒生成概率;在传输过程中,采用物理屏蔽/磁过滤与辅助阳极辅助等手段有效控制了离子和大颗粒运动轨迹;在基体区域沉积阶段,通过增加基体偏压来调控到达基体的大颗粒数目。此外沉积参数的改变也广泛用于减少大颗粒缺陷。这些方法思路和研究进展将为解决电弧离子镀技术中存在的大颗粒缺陷问题提供新思路,并有望推动该项技术在各个行业中得到更广泛的应用。 展开更多

关键词 电弧离子镀 大颗粒去除 电弧源 磁过滤 工艺参数

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纳米碳/铝复合材料的界面调控与混合强化研究进展

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作者 邓海亮 史雨程 +4 位作者 董正学 范晨露 刘嘉彬 杨康 邓先功 《航空制造技术》 北大核心 2025年第6期14-27,共14页

碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)和石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelets,GNP)等纳米碳材料具有超高的强度和模量、优异的导热与导电性能,是高性能铝基复合材料的理想增强体。然而,纳米碳与铝的润湿性差,高温下界面反应易生成脆性的Al_4C... 碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)和石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelets,GNP)等纳米碳材料具有超高的强度和模量、优异的导热与导电性能,是高性能铝基复合材料的理想增强体。然而,纳米碳与铝的润湿性差,高温下界面反应易生成脆性的Al_4C_3,损伤纳米碳,不仅限制增强效果,还会恶化复合材料强韧性,因此调控界面反应与界面结合、协同提升强韧性成为纳米碳/铝复合材料研究的关键。本文在界面结合机制分析的基础上,从纳米碳表面改性和复合工艺优化等方面综述了界面的调控研究及效果,随后总结了CNT和GNP的多维网络强化及与陶瓷颗粒混合强化的研究,期望通过CNT和GNP及与陶瓷颗粒的增强网络设计,进一步提升纳米碳/铝复合材料的强韧性。 展开更多

关键词 铝基复合材料 碳纳米管 石墨烯 界面 强化

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激光轰击金属液面溅射过程的数值模拟

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作者 张兴权 刘航轩 +3 位作者 段士伟 裴善报 左立生 张晖 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期285-297,共13页

目前,极紫外光被认为是制备特征尺寸小于7 nm芯片所必备的光源,激光轰击液态金属锡靶是其产生的主要方式之一.采用体积分数(volurne of fluid,VOF)方法建立了激光轰击金属锡液面产生溅射的模型,并对液料溅射和雾化的演化过程进行了数值... 目前,极紫外光被认为是制备特征尺寸小于7 nm芯片所必备的光源,激光轰击液态金属锡靶是其产生的主要方式之一.采用体积分数(volurne of fluid,VOF)方法建立了激光轰击金属锡液面产生溅射的模型,并对液料溅射和雾化的演化过程进行了数值模拟,研究了冠状水花的产生机制以及雾化时的流场变化.在此基础上,进一步研究了金属液态锡在不同的能量、光斑直径和脉宽的激光轰击下溅射产生的冠的宽度和高度随时间演化情况.研究表明:在激光辐照产生的高压等离子体的高速冲击下,液膜经历快速运动、冠状射流和雾化3个阶段,液膜生长主要原因是惯性力作用;液膜上下两端存在较大的速度梯度是射流形状发生变化的主要原因;冠边缘处雾化现象的产生是由Rayleigh-Taylor和Plateau-Rayleigh不稳定性共同作用的结果.在激光轰击下,冠的高度和宽度随激光能量增加而增大,但随着时间推移,冠宽和冠高的增长速率逐渐减小;激光光斑和脉宽对冠宽及冠高的影响较为复杂,在前期影响较小,在后期冠宽及冠高随它们数值增加而减小. 展开更多

关键词 激光 高压等离子体 溅射 雾化 数值模拟

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钛合金表面不同多层结构Cr/CrAlN涂层的制备及磨损性能 被引量：3

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作者 张向东 蔡习军 +2 位作者 蔡飞 张世宏 陈利 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第15期123-128,共6页

为改善TC4钛合金(Ti-6A1-4V)表面力学性能和抗磨损性能,利用多弧离子镀技术在其表面沉积制备Cr层与CrAlN层交替(1、5和10个循环周期)沉积的Cr/CrAlN多层涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、轮廓仪、洛氏压痕仪、显微硬度计、球... 为改善TC4钛合金(Ti-6A1-4V)表面力学性能和抗磨损性能,利用多弧离子镀技术在其表面沉积制备Cr层与CrAlN层交替(1、5和10个循环周期)沉积的Cr/CrAlN多层涂层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、轮廓仪、洛氏压痕仪、显微硬度计、球盘摩擦磨损等对涂层的微观结构和性能进行研究。结果表明:Cr/CrAlN-1涂层的主要物相为固溶的(Al,Cr)N相,而Cr/CrAlN-5和Cr/CrAlN-10多层涂层的主要物相为固溶的(Al,Cr)N相和Cr相。随着循环周期的增加,(Al,Cr)N相的优先生长方向由(111)晶面转变为(200)晶面,同时涂层的晶粒尺寸减小。金属Cr层的加入和多层结构可以显著增加Cr/CrAlN多层涂层的膜-基结合强度。此外,Cr/CrAlN涂层显著提升了钛合金基体的硬度和耐磨性能,其中Cr/CrAlN-1的显微硬度(2465HK_(0.025))最高,而Cr/CrAlN-5的磨损率(1.52×10^(-6)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1))最低,Cr/CrAlN多层涂层的磨损失效机理主要为氧化磨损。 展开更多

关键词 Cr/CrAlN多层涂层 多弧离子镀 微观结构 磨损

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纳米碳/铝复合材料的制备、界面改性与增强机制研究进展 被引量：3

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作者 邓海亮 万梓涵 +4 位作者 任可聪 李肖亮 史雨程 白志云 张晓虎 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期231-252,共22页

以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料,但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题,介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的... 以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料,但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题,介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的制备技术,从表面化学改性、涂层及纳米粒子修饰方面总结了纳米碳表面处理与增强铝基复合材料的研究现状。基于纳米碳/铝的界面结合机制,综述了表面改性前后反应和扩散型界面的形成过程及它们与机械锚结型界面对载荷传递的影响、改善途径;分析了纳米碳/铝复合材料研究中涉及的主要增强机制、影响因素和增强效果,并展望了提升该复合材料结构与功能性能的研究重点。 展开更多

关键词 铝基复合材料 碳纳米管 石墨烯 界面改性 增强机制

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稀土镧催化热解二甲苯制备炭/炭复合材料的导热与摩擦性能

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作者 邓海亮 郑金煌 +4 位作者 殷忠义 姚冬梅 苏红 张晓虎 斯松华 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期80-86,共7页

采用薄膜沸腾CVI以LaCl3催化热解二甲苯、浸渍树脂及高温处理后获得密度为1.72~1.73 g/cm^3的炭/炭(C/C)复合材料,应用激光热导仪、摩擦试验机及扫描电镜等研究了催化剂含量对材料导热和摩擦性能的影响。结果表明,催化剂含量由0增加至15... 采用薄膜沸腾CVI以LaCl3催化热解二甲苯、浸渍树脂及高温处理后获得密度为1.72~1.73 g/cm^3的炭/炭(C/C)复合材料,应用激光热导仪、摩擦试验机及扫描电镜等研究了催化剂含量对材料导热和摩擦性能的影响。结果表明,催化剂含量由0增加至15 wt%时,材料的热导率先升高后降低,摩擦系数及磨损率的变化与之相反。含量6 wt%下材料的导热性能较高,垂直与平行摩擦面方向的热导率最大分别为40.3和86.1 W/(m·K),较含量为0时提高约58.5%和75.6%;制动过程中,摩擦面易于形成纳米丝状碳增强的光滑摩擦膜,是该含量下材料摩擦系数和磨损较低、制动稳定性高的重要原因。 展开更多

关键词 C/C复合材料 稀土镧 热导率 摩擦性能

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低维稀土纳米材料的制备及催化应用研究进展 被引量：1

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作者 白志云 李昱桦 +4 位作者 任可聪 江进峰 朱程 陶剑 邓海亮 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期11080-11090,共11页

稀土纳米材料以其独特的电子层结构,在化学反应中表现出优良的催化性能,其中低维纳米材料因更高的比表面积及活性位数量,催化性能更优。针对低维稀土纳米材料制备技术及形貌控制,介绍了固相法、液相法、气相法等制备方法,论述了各方法... 稀土纳米材料以其独特的电子层结构,在化学反应中表现出优良的催化性能,其中低维纳米材料因更高的比表面积及活性位数量,催化性能更优。针对低维稀土纳米材料制备技术及形貌控制,介绍了固相法、液相法、气相法等制备方法,论述了各方法对纳米材料形貌的影响因素及控制方案,分析了各方法的优缺点及国内外研究进展,同时综述了低维稀土纳米材料在光催化、电催化、汽车尾气处理、催化燃烧等方面的应用,总结了稀土的催化作用机制及取得的研究成果,并针对稀土纳米材料领域的发展进行展望。 展开更多

关键词 稀土元素 纳米材料 制备方法 催化性能

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碳/铝复合材料界面Al_(4)C_(3)相的形成与调控研究进展 被引量：2

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作者 李肖亮 李昱桦 +5 位作者 董正学 万梓涵 任可聪 邓海亮 杨康 吴操 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1453-1474,共22页

石墨烯、碳纳米管和碳纤维等碳材料作为铝基复合材料的增强体时,其界面润湿性差、与Al基体结合弱等缺点限制了其增强效果。利用C与Al反应使界面黏接形式转变为部分反应结合的形式,可有效提升碳/铝(C/Al)界面强度及其载荷与功能传递的效... 石墨烯、碳纳米管和碳纤维等碳材料作为铝基复合材料的增强体时,其界面润湿性差、与Al基体结合弱等缺点限制了其增强效果。利用C与Al反应使界面黏接形式转变为部分反应结合的形式,可有效提升碳/铝(C/Al)界面强度及其载荷与功能传递的效率。然而,高温下C/Al界面反应易生成大量脆性Al_(4)C_(3),且会损伤增强体。针对C/Al界面Al_(4)C_(3)的调控,本文首先介绍了其形成机制、对C/Al复合材料界面结合和性能的作用,随后从碳增强体表面涂层、纳米颗粒修饰、Al基体合金化,以及复合制备、热加工与处理工艺优化等方面,综述了Al_(4)C_(3)生成量与形貌的控制研究及效果,最后展望了C/Al复合材料界面与性能的研究方向,以期通过碳增强体跨尺度设计与界面构型控制,挖掘石墨烯、碳纳米管和碳纤维增强Al基体的最大潜能。 展开更多

关键词 铝基复合材料 石墨烯 碳纳米管 碳纤维 Al_(4)C_(3)相

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Inconel 718合金激光熔覆Ni60/SiC复合涂层摩擦学及抗氧化性能 被引量：2

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作者 牛婧婧 刘秀波 +3 位作者 谢晓明 梁吉祥 刘翔宇 郑军 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第7期974-986,共13页

为了提高Inconel 718合金在高温高压和强氧化等恶劣工况下的服役性能,采用激光熔覆在其表面上制备了掺杂不同SiC质量分数的Ni60-SiC复合涂层:Ni60-10%SiC(C1)、Ni60-20%SiC(C2)和Ni60-30%SiC(C3).利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(... 为了提高Inconel 718合金在高温高压和强氧化等恶劣工况下的服役性能,采用激光熔覆在其表面上制备了掺杂不同SiC质量分数的Ni60-SiC复合涂层:Ni60-10%SiC(C1)、Ni60-20%SiC(C2)和Ni60-30%SiC(C3).利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散仪(EDS)等表征方法和高温摩擦磨损试验等性能测试方法,对涂层的物相、显微组织、显微硬度和摩擦学性能进行了系统分析,并深入探讨了其在室温及600℃下的磨损机理和800℃下的抗氧化性能.结果表明:Ni60-SiC复合涂层的主要物相为(Fe,Ni)、CrNi_(x)、Ni_(3)Si和Cr_(23)C_(6);由于固溶强化、细晶强化以及弥散分布在涂层内部的硬质相,涂层的显微硬度为基材的2.6~3.1倍;室温和600℃下,C2涂层的减摩性和耐磨性均表现最佳,平均摩擦系数分别提高了20.44%和46.62%,磨损率分别降低了75.12%和63.70%;随着SiC含量的增加,犁削效应减弱和脆性脱黏出现导致平均摩擦系数先降低后上升;此外,所有涂层的抗氧化性能均优于基材,其中C3涂层表现出最优异的抗氧化性能. 展开更多

关键词 激光熔覆 Ni60/SiC复合涂层 摩擦学性能 磨损机理 抗氧化性能

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锂电复合集流体用磁控溅射Cu籽晶层微观结构及性能调控

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作者 张柳燕 郝晓瑜 +5 位作者 汪洋 杨英 古红涛 储松潮 武俊伟 郑军 《表面技术》 北大核心 2025年第10期1-12,共12页

目的 解决锂电集流体用复合铜箔所面临的导电及界面结合问题。方法 采用磁控溅射技术在PP基体表面沉积纳米级Cu籽晶层,通过调控衬底温度、气体流量及溅射功率等工艺参数,制备出电阻率低、结合力好的Cu膜。采用场发射扫描电子显微镜对薄... 目的 解决锂电集流体用复合铜箔所面临的导电及界面结合问题。方法 采用磁控溅射技术在PP基体表面沉积纳米级Cu籽晶层,通过调控衬底温度、气体流量及溅射功率等工艺参数,制备出电阻率低、结合力好的Cu膜。采用场发射扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行表征,利用手持式四探针方阻仪测量薄膜方阻并计算电阻率,利用划格测试法对Cu膜结合力进行评级。结果 随着衬底温度的升高,薄膜晶粒尺寸增大,电阻率增加,膜基结合性能下降;随着气体流量的增加,薄膜沉积速率先上升后降低,电阻率先下降后上升,膜基结合力逐渐提高;随着溅射功率的增加,沉积速率增大,电阻率下降,薄膜附着力变差。综合考虑薄膜微观形貌、电学性能以及界面结合性能,优选出的Cu膜最佳沉积参数为:衬底温度为-15℃;气体流量(气压)为400 m L/min(0.24 Pa);溅射功率为1.5 kW;Cu膜厚度约为80 nm。在此工艺下制备的Cu膜微观结构致密,电学性能良好(9.72×10^(-8)Ω·m),结合力评级为1级。结论 衬底温度、气体流量以及溅射功率均显著影响Cu膜的微观结构和性能。通过精细调控沉积工艺可以制备出综合性能优良的锂电复合集流体用Cu籽晶层。 展开更多

关键词 复合集流体 磁控溅射 Cu籽晶层 电学性能 结合力

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30CrNi2MoVA钢等离子体渗氮层表征及其对宏观力学性能的影响

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作者 解光瑞 杨盼盼 +4 位作者 孙吉 杨阳 丁红宇 刘兴光 张世宏 《材料导报》 北大核心 2025年第13期215-222,共8页

采用辉光等离子体渗氮技术在30CrNi2MoVA钢表面制备渗氮层,提高30CrNi2MoVA钢的表面硬度和抗磨损性能,同时研究渗氮温度对样件韧性和拉伸性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、摩擦磨损设备、万能试验机等分析渗氮层的微观组... 采用辉光等离子体渗氮技术在30CrNi2MoVA钢表面制备渗氮层,提高30CrNi2MoVA钢的表面硬度和抗磨损性能,同时研究渗氮温度对样件韧性和拉伸性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、摩擦磨损设备、万能试验机等分析渗氮层的微观组织、摩擦学性能、室温以及高温力学性能。结果表明:30CrNi2MoVA钢经400、450、500℃渗氮8 h后,其表面获得了不同厚度且组织成分均匀的渗氮层;经渗氮后,500℃下表面硬度最高为816HV_(0.1);450℃下钢的抗拉强度为698.7 MPa,屈服强度为575.4 MPa;450℃下渗氮层的磨损率较30CrNi2MoVA钢基体的下降了87%。通过等离子体渗氮可以获得高硬度、组织均匀、冶金结合的渗氮层,显著改善了30CrNi2MoVA钢的抗磨损能力;同时,渗氮处理能略微提升样件的拉伸性能,但是对样件的塑性和韧性有不利影响。 展开更多

关键词 等离子体渗氮 耐磨性 拉伸性能 冲击韧性

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Y_(3)Al_(5)O1_(2)掺杂对Y_(2)Zr_(2)O_(7)-Y_(3)Al_(5)O1_(2)陶瓷涂层的微观组织结构和高温烧结行为的影响

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作者 林玥 郑越 +6 位作者 薛召露 于海原 王伟 刘广华 巩秀芳 张振亚 张世宏 《表面技术》 北大核心 2025年第19期236-245,共10页

目的针对Y_(2)Zr_(2)O_(7)陶瓷涂层断裂韧性不足及高温烧结易导致性能退化的问题,本研究旨在通过引入Y_(3)Al_(5)O1_(2)(YAG)第二相,调控复合涂层的微观组织与晶界结构,协同提升其力学性能与抗烧结能力。方法以ZrO_(2)、Y_(2)O_(3)、Al_... 目的针对Y_(2)Zr_(2)O_(7)陶瓷涂层断裂韧性不足及高温烧结易导致性能退化的问题,本研究旨在通过引入Y_(3)Al_(5)O1_(2)(YAG)第二相,调控复合涂层的微观组织与晶界结构,协同提升其力学性能与抗烧结能力。方法以ZrO_(2)、Y_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)为原料,通过喷雾造粒制备不同YAG掺杂量(0、10%、15%、20%,物质的量分数)的团聚喷涂粉末,并利用大气等离子喷涂技术制备(1‒x)Y_(2)Zr_(2)O_(7)-xY_(3)Al_(5)O1_(2)复合涂层,系统表征涂层的物相演变、微观形貌及力学性能;通过1400℃下24~96 h的等温烧结实验,分析YAG对晶粒生长、相稳定性及断裂韧性的影响机制。结果掺杂YAG后涂层的微观组织更加致密;不掺YAG的涂层主要是由c-ZrO_(2)物相组成,还有极少量的Y_(2)O_(3)物相存在;掺杂YAG的涂层除了c-ZrO_(2)相外,还有少量的Al_(2)Y_(4)O_(9)和非晶相存在;0.1YAG掺杂的涂层的结合强度达到43.71 MPa。在1400℃烧结后,涂层中Al_(2)Y_(4)O_(9)相消失且涂层中析出了较多细小的YAG晶粒;掺杂YAG后涂层中c-ZrO_(2)的晶粒也得到了细化。结论YAG掺杂通过形成细晶结构、抑制氧空位迁移及晶界钉扎效应,显著提高了Y_(2)Zr_(2)O_(7)基涂层的抗烧结性与断裂韧性。其中,0.9Y_(2)Zr_(2)O_(7)-0.1Y_(3)Al_(5)O1_(2)复合涂层表现出最优的综合性能,表明其作为超高温热障涂层具有工程应用潜力。 展开更多

关键词 热障涂层 Y_(2)Zr_(2)O_(7) Y_(3)Al_(5)O1_(2) 高温烧结行为 断裂韧性

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HiPIMS制备TiB_(2)、TiBN涂层及其等离子体性质 被引量：2

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作者 吴正涛 叶榕礼 +1 位作者 李海庆 王启民 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期228-235,共8页

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积制备TiB_(x)时,涂层化学计量比x随HiPIMS脉冲宽度的减小而降低。采用原位等离子体质谱仪研究TiB_(x)涂层的沉积等离子体性质,采用弹性反冲探测分析技术测量涂层元素组成,采用X射线衍射分析涂层相结构,采... 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积制备TiB_(x)时,涂层化学计量比x随HiPIMS脉冲宽度的减小而降低。采用原位等离子体质谱仪研究TiB_(x)涂层的沉积等离子体性质,采用弹性反冲探测分析技术测量涂层元素组成,采用X射线衍射分析涂层相结构,采用X射线光电子能谱研究涂层键价结构,通过纳米压痕仪测试涂层力学性能。结果表明,减小HiPIMS脉冲宽度后出现气体稀释效应,加之Ti的一次离化能低于B,即Ti优先B发生离化,导致Ti^(+)/B^(+)离子束流比增大,从而降低TiB_(x)涂层化学计量比x,揭示了TiB_(x)涂层化学计量比演变机制。此外,在短HiPIMS脉冲宽度溅射TiB_(2)靶材条件下,引入N_(2)气体,当N_(2)流量为10 mL/min、HiPIMS脉冲宽度为30μs时,成功制备出具有纳米晶TiN、TiB_(2)复合结构特征的新型TiBN涂层,此TiBN涂层硬度及弹性模量分别为37.5 GPa、300 GPa,为具有优异力学性能纳米复合涂层的设计制备提供实验和理论指导。 展开更多

关键词 HIPIMS TiBN 纳米复合 等离子体 离化能

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含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析 被引量：4

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作者 张国涛 史英康 +3 位作者 童宝宏 焦云龙 尹延国 刘焜 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1063-1070,共8页

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响.建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理.结果表明:在... 含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响.建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理.结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应.油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果.研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义. 展开更多

关键词 含油轴承 渗流 析出 供油 自润滑

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选区激光熔化成形过程监测技术研究进展 被引量：5

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作者 周安 刘秀波 +2 位作者 刘庆帅 朱刚贤 张世宏 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期36-50,共15页

选区激光熔化(SLM)作为现代工业构件制造的一种主流技术,广泛应用于汽车、航空航天及医学等领域,对SLM工艺的监测及闭环控制方式进行系统梳理变得极为重要。针对SLM技术原理及熔池变化,从SLM成形过程中的熔池温度和形貌特征综述选区激... 选区激光熔化(SLM)作为现代工业构件制造的一种主流技术,广泛应用于汽车、航空航天及医学等领域,对SLM工艺的监测及闭环控制方式进行系统梳理变得极为重要。针对SLM技术原理及熔池变化,从SLM成形过程中的熔池温度和形貌特征综述选区激光熔化监测技术发展进程及不足,分析闭环反馈技术的研究现状。研究表明:SLM加工过程中熔池的变化状态是影响成形件质量的重要因素,通过光信号、声信号或多信号传感器可对熔池状态进行有效监测,而闭环控制需要算法分析、机器学习及传感器的协同配合才能实现实时反馈及控制。根据当前监测技术的实时性较差及系统反馈控制不够完善等问题,提出未来智能监测技术与实时闭环控制等发展方向,可为未来SLM成形高质量零件提供参考借鉴。 展开更多

关键词 选区激光熔化 熔池 监测技术 闭环控制

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HiPIMS技术低温沉积CrN薄膜结构及性能研究 被引量：3

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作者 贵宾华 周晖 +3 位作者 郑军 杨拉毛草 张延帅 汪科良 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期199-208,共10页

目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、... 目的实现性能优异的CrN薄膜在低温沉积条件下的可控制备。方法利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),通过调控脉冲放电波形(可调控脉冲放电模式-MPP、双极脉冲放电模式-BPH)制备了系列低温沉积工艺下的CrN薄膜。选用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米硬度测试仪及球盘摩擦试验仪表征了Cr N薄膜的组织结构、微观形貌、摩擦学性能。结果相对于传统的直流磁控溅射技术(DCMS),Hi PIMS具备高溅射材料离化率,偏压作用下产生的荷能离子对成膜表面的持续轰击作用,有效提升了低温沉积条件下成膜粒子的表面迁移能,显著抑制了贯穿柱状晶的连续生长,达到了细化晶粒,改善薄膜致密性的目的。BPH模式下沉积的薄膜表面光滑致密,表面粗糙度可达4.6 nm。细晶强化作用及薄膜致密性提升使得BPH模式下制备的Cr N薄膜硬度最高,可达(15.6±0.8)GPa。此外,BPH模式下沉积的CrN薄膜具备最为优异的摩擦学性能,摩擦系数低(~0.3)且运行平稳,并且在高速及重载作用下,仍能表现出优异的摩擦磨损性能。结论HiPIMS技术中的双极脉冲放电模式可显著提升沉积粒子表面迁移能,提升Cr N薄膜沉积反应动力学过程,实现低温条件下性能优异的Cr N薄膜的可控制备。 展开更多

关键词 HIPIMS 磁控溅射 可调控脉冲放电模式 双极脉冲放电模式 基体偏压 沉积温度 组织结构

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冶金严苛服役环境中热喷涂技术的应用现状及展望 被引量：13

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作者 杨康 陈诚 +1 位作者 徐国正 张世宏 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期16-32,共17页

以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术。概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷... 以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术。概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷涂技术在服役于严苛环境中的冶金关键设备(如连铸结晶器铜板、热镀锌铝锅组件及高温炉辊等)上的研究现状及应用情况。针对熔融金属、内外大温差环境中连铸结晶器铜板表面修复强化,热喷涂技术具有取代传统电镀技术的潜力,所制备热喷涂层具有优异的热导率、耐腐蚀性、耐磨损性等,其中WC-Co系列和NiCr-Cr_(3)C_(2)系列是最具代表性的两种涂层材料。针对熔融金属环境中热镀锌铝锅组件表面防护,热喷涂技术可以取代传统的表面涂覆及表面渗镀技术,制备出具有高结合强度的高性能涂层,有效提高耐液锌腐蚀性能,涂层材料体系主要有陶瓷及金属陶瓷材料。针对高载荷、高温度环境中高温炉辊表面热喷涂防护,低温段常用涂层为WC-Co,中温段常用涂层为Cr_(3)C_(2)-NiCr,高温段常用涂层为陶瓷、金属陶瓷以及金属陶瓷+稀土氧化物涂层等。最后,展望了热喷涂技术在冶金领域的发展方向,以期推动热喷涂技术在冶金领域的更深入、广泛应用。 展开更多

关键词 冶金 连铸结晶器铜板 热镀锌铝锅 高温炉辊 热喷涂 高温 腐蚀 磨损

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固液双相作用下多孔自润滑表面渗流行为分析 被引量：1

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作者 张国涛 马镇 +3 位作者 童宝宏 焦云龙 尹延国 刘焜 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期220-228,共9页

以多孔自润滑材料为研究对象,分析载荷作用下多孔基体变形和润滑液在孔隙中的流动特性,探讨多孔表面渗流速度随加载时间变化,分析固-液双相作用下多孔表面渗流与润滑行为.结果表明,多孔基体变形后,孔隙内储存的润滑液受迫流动,在多孔表... 以多孔自润滑材料为研究对象,分析载荷作用下多孔基体变形和润滑液在孔隙中的流动特性,探讨多孔表面渗流速度随加载时间变化,分析固-液双相作用下多孔表面渗流与润滑行为.结果表明,多孔基体变形后,孔隙内储存的润滑液受迫流动,在多孔表面发生渗入和析出的流动现象.润滑液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口向多孔表面析出.恒定载荷下,入口两侧润滑液不能保持稳定的渗流现象,而随加载时间呈现出扩散和波动的变化过程.在竖直方向上,多孔材料内的最大流体压力发生在上表面,最大固相应力发生在靠近上表面的次表面位置.随加载时间延长,磨擦界面的液相承载力先增大后降低,固相承载力先降低后增大,最终液相承载力降低为零,外载荷全部由固相材料承担.适当增加载荷能提高润滑液在多孔表面上的渗流速度,改善润滑状态,但也使得润滑液的渗流速度波动更为剧烈. 展开更多

关键词 多孔表面 自润滑 渗流 变形 载荷

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