水下爆炸焊接和压实

回顾了水下爆炸在军事海战和经济建设方面的应用,并且探索了水下爆炸在工业方面的发展。结合水下冲击波独特的性能,提出了水下爆炸焊接和水下冲击波压实粉末混合物2种加工方法。焊接试样显微组织中典型的波状界面表明水下冲击波对于脆性和薄片材料具有很好的焊接效果。粉末混合物在水下冲击波加载作用下能形成致密体。利用水下冲击波,在纯铜表面制备出了性能优良的弥散强化涂层。涂层内部弥散颗粒分布均匀,高硬度显示了优良的机械性能。     

表面涂层对非晶薄带爆炸焊接温度影响探讨

针对在非晶薄带爆炸复合制备块体非晶复合材料过程中涂层对温度的影响,提出对非晶薄带实施涂层后再进行爆炸复合。利用放缩法将涂层后的薄带简化为均匀材料,并对30 m厚的Fe78B13Si9非晶涂层前、后爆炸焊接层内温度场进行系列分析计算,表明:(1) 高速撞击产生的热量主要集中在涂铜层上,涂层处理能够显著减小界面撞击引起的热影响区域;(2) 相对于非涂层的非晶爆炸复合,文中方案平均温升降低约280 K;(3) 铜涂层后,碰撞界面冷却速率高达107 K/s。研究表明,具有表面涂层的非晶薄带在爆炸复合制备层合块体非晶复合材料过程中,能够更好地保持非晶材料的非晶结构,并有效扩大爆炸焊接窗口。     

实现材料高应变率拉伸加载的爆炸膨胀环技术

设计了新型的爆炸膨胀环实验加载装置,加载装置中采用爆炸丝线起爆方式,避免了传统装置中对碰爆轰波加载时的应力不均匀性。利用新型的爆炸膨胀环实验技术研究了无氧铜材料的动态性能,利用激光位移干涉仪测量了试样环的径向速度历史,处理数据获得了无氧铜材料的流动应力-塑性应变-应变率的关系,为进一步利用爆炸膨胀环实验技术研究材料在高应变率拉伸加载时的本构关系奠定了基础。     

线爆炸法制备WC-Co硬质合金涂层的实验研究

描述了线爆炸喷涂的基本原理。利用自行研制的线爆炸装置,分别在真空和大气环境下进行了高速喷涂WC Co硬质合金涂层的实验,得到了亚微米的超细晶涂层,涂层的最高硬度达Hv=2190,为原始材料硬度的1.4倍;在涂层与基体结合面处发现了不同于涂层和基体组织的过渡层;对涂层的显微硬度、金相组织和结合强度进行了检测和分析。     

爆炸膨胀环实验技术初步研究

为避免对碰爆轰波加载时的应力不均匀性,初步建立了爆炸丝线起爆方式的爆炸膨胀环实验技术。长度为200mm、直径为0．175mm的铜丝爆炸同步性小于0．2μs,基本实现了同步起爆粉末泰安炸药,通过膨胀环实验初步获得无氧铜试样环的膨胀速度历史,为进一步利用爆炸膨胀环实验研究材料的高应变率拉伸加载时的本构关系奠定了基础。     

多巴胺改性UHMWPE粉末对环氧涂层韧性及摩擦性能的影响

利用多巴胺氧化自聚合性质改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末惰性表面,制备得到改性粉末,并添加于环氧树脂中制备成耐磨环氧涂层,同时与添加未改性UHMWPE粉末的环氧涂层对比.采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)表征改性粉末表面形貌和化学元素状态,利用摩擦磨损试验机测试环氧涂层表面的摩擦系数和磨损率.结果表明:改性粉末表面黏附1层含极性基团的聚多巴胺,能够与环氧树脂发生反应而固化在涂层中,相容性增强.改性粉末表面O,C元素相对含量比较O/C和N/C值随改性时间延长而增大,在5 h时趋于稳定.当改性粉末添加量从6.7%增至20%时,环氧涂层的抗冲击性能增强,摩擦系数和磨损率随之降低,改善了涂层的摩擦学性能,而且效果优于添加未改性粉末的涂层.     

爆炸压实/扩散烧结法制备钨铜梯度材料

采用爆炸压实/扩散烧结方法成功制备出高致密度的钨铜梯度材料。首先，使用机械合金化法分别制备50% W-50% Cu，75% W-25% Cu的钨铜合金粉末，并将两种合金粉末依次铺在铜板表面进行预压、通氢烧结，然后进行爆炸压实，最后对爆炸压实后的试件进行扩散烧结，得到高致密度且层间结合紧密的钨铜梯度材料。对样品分析表明，铜在钨铜颗粒间的交界面处富集，其中50% W-50% Cu层中的钨颗粒未发生长大，75% W-25% Cu层中钨与铜出现了在局部区域富集的情况，钨铜层中钨铜的含量与起始加入的钨铜粉末配比保持一致。对各钨铜层进行孔隙度检测可见，50% W-50% Cu层的孔隙度为0.04%，75% W-25% Cu层的孔隙度为0.11%。钨铜层的硬度也呈现出梯度变化，维氏硬度值在125~341之间，远大于铜基体的50。     

等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层组织与耐磨性研究

利用等离子熔敷技术,以Fe-Cr-C合金粉末为原料在正火态C级钢表面制备出Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层,分析了复合涂层的显微组织结构,评价了复合涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性.结果表明:等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层的组织均匀、与基材之间为完全冶金结合,涂层显微组织为规则块状Cr7C3金属陶瓷相均匀分布于Cr7C3与γ-Fe固溶体构成的共晶基体上,其硬度较高;涂层在室温干滑动磨损条件下表现出优异的耐磨性,复合涂层磨损质量损失随载荷增加变化缓慢.     

火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究

利用火焰喷涂技术在45#钢表面制备了炭纤维增强聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和力学性能,采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能,并对涂层及偶件磨损表面形貌进行观察分析,采用X射线光电子能谱仪分析了偶件磨损表面典型元素的化学状态,探讨了涂层在水环境中的抗磨机理.结果表明:用火焰喷涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中,聚苯硫醚粉末未发生明显降解与氧化;炭纤维含量影响复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度;在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能,这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘着转移明显减轻的缘故.     

爆炸烧结W-Cu合金药型罩材料及其性能

利用高能球磨制取W-Cu合金化粉末,采用爆炸烧结的方法制取W-Cu合金药型罩材料.爆炸烧结样品相对致密度达到99.6％,EPMA分析表明样品内各成分及元素分布均匀.对烧结样品作XRD分析,计算其晶粒尺寸为26 nm.使用固结样品加工成W-Cu合金药型罩,显示了良好的成形性.进行无隔板的静破甲实验,并与相同工艺条件下制取...     

HVOF制备的多峰WC-12Co涂层摩擦磨损特性

本文采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了2种多峰结构和1种亚微米结构WC-12Co涂层,并采用SEM、XRD等方法对3种涂层进行了显微组织、孔隙率、相结构及显微硬度分析;在进行涂层球盘摩擦磨损试验的基础上,探讨了多峰WC-12Co涂层的磨损机理.研究结果表明:由含30% 纳米WC-12Co的粉末制备的多峰涂层WC氧化脱碳程度最低,显微硬度最高;采用含50%纳米WC-12Co的粉末制备的多峰涂层孔隙率最低、耐磨损性能最为优良.     

Nano-WC/PTFE-Ni复合电刷镀层的磨损性能研究

采用电刷镀技术在Q235钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层,采用S-2700型扫描电子显微镜观察镀层表面形貌及其显微组织,采用HX-1型显微硬度计测定镀层的显微硬度,采用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测定镀层与基体的结合强度,采用HT-500型销-盘高温摩擦磨损试验机测量镀层的滑动磨损性能.结果表明:镀液中同时加入纳米WC和PTFE可以得到表面形貌平整、纳米粒子分布均匀的纳米复合镍镀层;复合镀层的硬度随WC含量的增加而增大,随PTFE含量的增加而减小;含有2种纳米粒子的复合镍镀层的耐磨性比镍镀层和含单一WC或PTFE的镍镀层的耐磨性优良;当镀液中WC和PTFE含量分别为3.0 g/L和7.5 mL/L时,复合镍镀层的显微硬度较镍镀层提高约30%,耐磨性较镍镀层提高7倍.     

纳米复合材料激光熔覆层组织及抗磨性能

利用5kWCO2激光器，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／钴基合金熔覆层，分析了熔覆层的组织结构及其抗磨性能．结果表明，当纳米Al2O3颗粒含量较低时，Al2O3颗粒能均匀分布于熔覆层中，从而形成纳米氧化物弥散强化的复合材料涂层；Al2O3颗粒在熔池中长大，尺寸为250-450nm；复合材料熔覆层的硬度随纳米Al2O3含量的增加而提高；当纳米Al2O3颗粒含适中时，熔覆层的抗磨性能较好；而当纳米Al2O3颗粒含量过高(3．0％)时，复合材料熔覆层的抗磨性能反而降低。     

DZ125高温合金表面激光熔覆Co基合金的组织和冲蚀性能研究

利用激光熔覆技术在DZ125高温合金表面制备了Co基合金熔覆层,采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪及HV-1000型显微硬度计测试了Co基合金熔覆层的组织结构,截面显微硬度.利用自制冲蚀设备对其耐冲蚀性能进行研究.结果表明:熔覆层与基体形成良好的冶金结合,交界处组织具有定向凝固特征且晶粒生长方向垂直于界面;在不同角度下熔覆层耐冲蚀性能各异,熔覆层的硬度是材料抗冲蚀性能影响因素之一.     

激光熔覆NiCr-ZrB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层和NiCr-ZrB2复合涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成、组织结构和晶体结构.在SRV-IV摩擦磨损试验机上对NiCr-ZrB2复合涂层从20到500℃的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:NiCr-ZrB2复合涂层的主要物相组成为[Ni,Ti]固溶体、Cr2Ti、ZrB2、ZrB、Ni3Cr2、Ti2Cr、TiB2和TiB;涂层厚约0.7～1.0 mm;涂层平均硬度约为HV0.21000,是纯钛基材的5.3倍;NiCr-ZrB2复合涂层的摩擦系数和磨损体积随温度的增加而减小,高温耐磨性能相对于钛基材提高约1个数量级;NiCr-ZrB2复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损,高温下伴有氧化磨损和摩擦抛光现象.     

多弧离子镀硬质膜的抗空蚀性能研究

利用磁致伸缩振动空蚀试验装置,研究了灰口铸铁表面多弧离子镀TiN、CrN及（Ti,Cr)N硬质膜的抗空蚀性能。研究结果表明,离子镀硬质膜的抗空蚀性能与铸铁基体的表面粗糙度、离子镀层的表面特征、镀膜过程中工件负偏压及镀层厚度密切相关。采用屏蔽离子镀可以有效地减少膜层表面的微颗粒及微缺陷,从而改善材料的抗空蚀性能。当基片负偏压为300V而膜厚为3μm时,硬质膜的抗空蚀性能最佳。     

激光熔覆CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的高温摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术成功制备了CoCrFeNiNb_x (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0)高熵合金涂层,研究了Nb元素对高熵合金涂层微观组织和显微硬度的影响,分析了CoCrFeNiNb_0.75涂层在25~800 ℃的摩擦磨损性能和机制. 结果表明:CoCrFeNiNb_x高熵合金涂层主要由FCC (面心立方)相与具有HCP晶格结构的Laves相组成. 随着Nb摩尔含量的增加,CoCrFeNiNb_x的微观组织由单一的胞状晶FCC固溶体相(x=0)向亚共晶组织(x=0.25)、共晶组织(x=0.5)和过共晶组织(x=0.75,1.0)逐步发生演变. CoCrFeNiNb_0.75涂层具有最高的平均硬度(574 HV),表明适量的Nb元素的掺杂能有效提高涂层的显微硬度,这是固溶强化、第二相强化以及层片共晶组织中产生的大量新界面阻碍位错运动的边界强化相互作用的结果. CoCrFeNiNb_0.75涂层在室温下的磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损,而在400和800 ℃下均为氧化磨损. 在800 ℃时,磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金在高温环境下表现出了优异的摩擦磨损性能.      

微量Ag元素对TiAlN涂层摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术利用Ti₅₀Al₅₀、Ti₅₀Al₄₉Ag₁、Ti₅₀Al₄₅Ag₅合金靶沉积制备出了TiAlN及不同Ag含量的TiAlAgN涂层. 利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了室温、200、400和600 ℃等温度下的摩擦学性能；通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、表面轮廓仪和划痕仪对磨损前后涂层的表面形貌、微观结构、硬度及涂层结合力进行了分析. 结果表明:TiAlN、TiAlAgN(Ag原子百分数0.12%)、TiAlAgN(Ag原子百分数0.30%)涂层的厚度分别为为4.18、5.31和4.69 μm，硬度分别为HV_0.2 2 049.4、HV_0.2 1 672.9、HV_0.2 1 398.5；TiAlN、TiAlAgN涂层的衍射峰位与面心立方的TiN相同，掺入Ag后TiAlN涂层的择优取向变为N(220)面. 三种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损. 室温时TiAlN涂层的摩擦系数比其他两种涂层要小约0.3，200 ℃时三种涂层的磨损率较大，400 ℃时掺Ag涂层的耐磨效果达到最佳. 此外，当Ag原子百分数在0.12%~0.30%范围时，随着Ag含量增加，涂层的结合力降低.      

激光镍包纳米Al2O3增强复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用大功率CO2激光器在45#钢基体上制备激光熔覆镍包纳米Al2O3复合涂层,采用金相显微镜观察涂层表面形貌,在销-盘式摩擦磨损试验机上评价复合涂层与45#碳钢配副的摩擦磨损性能.结果表明:经激光熔覆处理制备的镍包纳米Al2O3复合涂层的耐磨性能显著提高,磨损质量损失降低38%,摩擦系数降低40%;复合涂层中纳米Al2O3的配比对其耐磨性影响显著,高配比涂层具有较好的耐磨性,而摩擦系数与Al2O3配比的关系不大.     

A numerical and experimental investigation into residual stress in thermally sprayed coatings

This paper is concerned with an investigation into the thermal spray process and is particularly concerned with the residual stresses that arise when a steel-alloy coating is sprayed onto a copper-alloy substrate. This material combination was used recently to enhance the thermal and mechanical efficiency of the pressure die casting process. A difficulty with the spraying of steel on copper is the attainment of appreciable thickness of the coating due to debonding during the thermal spraying process. Prominent among possible causes of debonding is residual stress, which is the focus of the research presented in the paper. An investigation into the thermal spray process is performed using experimentation, simplified numerical modelling and finite element modelling. The development of residual stress for a range of process parameters, i.e. deposited layer thickness, interval of layer deposition and the number of layers in a coating (i.e. block deposition versus multilayer deposition for a desired coating thickness) is recorded. The results from the three investigation methods agreeably indicate a progressive change in average interfacial residual stress from compressive towards tensile with increase in thickness of deposited layer; and a tensile interfacial stress in a two-layer coating, which increases with increase in interval of deposition between the two layers. On the whole, the observations from the results suggest an increase in potential for coating debonding with increase in both deposited layer thickness and layer deposition interval. The results further suggest higher potential for coating debonding with block deposition compared to multilayer deposition for a desired coating thickness.