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激光熔覆316L粉末熔池热-流动态演化及微观组织研究
1
作者 门秀花 宋宝强 +5 位作者 潘永智 张鹏 庄奇凯 付秀丽 蒋振峰 李明俣 《表面技术》 北大核心 2026年第6期79-94,共16页
目的挖掘激光熔覆过程中熔池内瞬态热流动力的演化行为,是提升修复再制造部件微观结构及其力学性能的关键所在。方法对轮胎模具钢(AISI1045)基体激光熔覆316L粉末,探究基体与粉末交互的热-流-固熔覆工艺特性,重点研究了激光能量吸收、... 目的挖掘激光熔覆过程中熔池内瞬态热流动力的演化行为,是提升修复再制造部件微观结构及其力学性能的关键所在。方法对轮胎模具钢(AISI1045)基体激光熔覆316L粉末,探究基体与粉末交互的热-流-固熔覆工艺特性,重点研究了激光能量吸收、熔池形成及微观演变的动态物理历程,构建了能量源角度(激光功率)影响下瞬态尺度下熔池形成的数值分析模型。基于表观热容方法(CALPHAD)相图计算得出基体和粉体颗粒热物理性质,利用任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格法实现了熔池气/液自由表面的热流动态追踪模拟,结合试验验证了温度梯度(G)和凝固速率(S)对熔池凝固微观组织形貌与枝晶尺度的合理预测。结果熔池内马兰戈尼效应会促进热量从中心向边界扩散,激光功率从800 W增加到1200 W,会显著增强熔池流速和熔池宽度方向的质量热传递,熔池宽度和深度显著增大,峰值温度变化幅度超过15%,熔体流速可达0.5 m/s,且基材熔化比率与激光功率成正比,导致稀释率D在0.35~0.50。瞬态热对流引起枝晶生长速率分布不均,冷却速率(G·S)自熔覆层剖面从上到下逐渐增加,枝晶间距显著减小,凝固组织逐渐向等轴晶转变。结论提出的热输入驱动多场热-流耦合分析方法能够为熔覆层不同区域热流梯度演变及微观组织形成提供预测分析。 展开更多
关键词 激光熔覆 熔池演化 热流动力学 有限元模拟 微观组织
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300M钢表面激光制备Ni45/Cr_(3)C_(2)/MoS_(2)耐磨自润滑涂层性能研究
2
作者 陈杰 王鹏 庞铭 《热加工工艺》 北大核心 2026年第4期83-90,共8页
通过激光熔覆技术在300M钢表面制备了两种不同Cr_(3)C_(2)含量的Ni45/Cr_(3)C_(2)/镍包MoS_(2)复合熔覆层。结果表明:随着Cr_(3)C_(2)含量的增加,熔覆层中的晶间Cr_(x)C_(y)组织由细小球状棒状颗粒转变为长条状结构。由于硬质相颗粒的... 通过激光熔覆技术在300M钢表面制备了两种不同Cr_(3)C_(2)含量的Ni45/Cr_(3)C_(2)/镍包MoS_(2)复合熔覆层。结果表明:随着Cr_(3)C_(2)含量的增加,熔覆层中的晶间Cr_(x)C_(y)组织由细小球状棒状颗粒转变为长条状结构。由于硬质相颗粒的上浮、晶粒细化及晶间二次相Cr_(x)C_(y)的生成,6%Cr_(3)C_(2)熔覆层的表层硬度为511 HV0.5,平均硬度为520.43 HV0.5;9%Cr_(3)C_(2)熔覆层的表层硬度为633 HV0.5,平均硬度为599.42 HV0.5。与300M钢基体相比,两种复合熔覆层的硬度均提高了370 HV0.5以上。由于Mo S_(2)、Cr_(x)S_(y)、Ni S等硫化物与部分分解的Cr_(3)C_(2)颗粒及二次生成的Cr_(x)C_(y)硬质相颗粒的协同作用,6%Cr_(3)C_(2)熔覆层的平均摩擦系数为0.39736,9%Cr_(3)C_(2)熔覆层的平均摩擦系数为0.34104。在室温条件下,6%Cr_(3)C_(2)熔覆层的磨损率为1.41388×10^(-5)mm^(3)/(N·m),略高于9%Cr_(3)C_(2)熔覆层的磨损率1.19249×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。两种熔覆层的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损和氧化磨损。 展开更多
关键词 激光熔覆 耐磨性能 自润滑 金属基复合涂层
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TC4钛合金在F^(−)离子溶液中的缝隙腐蚀行为研究
3
作者 张雅妮 周航 凌杰 《表面技术》 北大核心 2026年第4期28-39,共12页
目的在海洋环境中,钛合金构件组装或与异种金属连接时形成的缝隙,极易成为腐蚀介质的渗透通道,由此引发的缝隙腐蚀严重威胁着海洋工程的安全运行。为深入探究这一问题,本研究以TC4钛合金(Ti-6Al-4V)为研究对象,利用自制缝隙腐蚀装置,系... 目的在海洋环境中,钛合金构件组装或与异种金属连接时形成的缝隙,极易成为腐蚀介质的渗透通道,由此引发的缝隙腐蚀严重威胁着海洋工程的安全运行。为深入探究这一问题,本研究以TC4钛合金(Ti-6Al-4V)为研究对象,利用自制缝隙腐蚀装置,系统考察了缝隙宽度及缝隙深度对其在含F^(−)溶液中腐蚀行为的影响。方法采用失重试验、局部电化学等实验方法,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,重点分析了腐蚀速率、区域腐蚀产物组成、局部腐蚀电位分布及电化学过程特征。结果在含F^(−)溶液中,TC4钛合金缝隙内的腐蚀产物主要为TiF_(3)、Na_(2)TiF_(6)和TiO_(2),且随缝隙深度的增加,TiO_(2)含量逐渐减少,而TiF_(3)与Na_(2)TiF_(6)的含量则呈上升趋势。在0.1~0.3 mm的缝隙宽度范围内,0.2 mm时的缝隙腐蚀最为严重。此宽度下缝隙深处与缝隙口产生的电位差最大,且随腐蚀时间的延长,电位差进一步增大。氧匮乏状态下的“阳极”特征导致缝隙深处的腐蚀加剧并形成半闭塞电池,阳极区Tin⁺累积并水解使pH下降,F–离子迁入,缝隙深处至缝隙口部形成电流回路,使得点蚀坑在缝隙深处优先萌生并长大。结论在F^(−)离子溶液中,TC4钛合金缝隙腐蚀在缝隙底部最明显,且缝隙底部生成点蚀坑。 展开更多
关键词 TC4钛合金 F离子 缝隙腐蚀 缝隙宽度 缝隙深度 局部电化学测试
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激光增材修复在船舶轴系维修中的应用及质量评估研究
4
作者 陈志明 朱剑 施惠丰 《机电设备》 2026年第2期95-100,共6页
为探讨激光增材修复技术在船舶轴系关键部件维修中的应用潜力,以激光熔覆为核心方法,通过在受损轴件表面精确熔覆特定合金粉末(如针对不同基体选用的30Cr13或IN718材料)实现修复层与基体的冶金结合。系统构建其修复质量的综合评估体系,... 为探讨激光增材修复技术在船舶轴系关键部件维修中的应用潜力,以激光熔覆为核心方法,通过在受损轴件表面精确熔覆特定合金粉末(如针对不同基体选用的30Cr13或IN718材料)实现修复层与基体的冶金结合。系统构建其修复质量的综合评估体系,以解决传统修复方法导致的变形大和结合力弱等问题,推动船舶轴系维修向高质量和高效率方向发展。 展开更多
关键词 船舶 轴系修理 激光增材修复
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电参数调控TC4钛合金微弧氧化膜层耐蚀性的研究
5
作者 王晟 张亚利 +4 位作者 刘昊明 刘昱畅 王浩旭 马颖 李元东 《稀有金属材料与工程》 北大核心 2026年第1期184-192,共9页
采用极差分析法研究电参数(电压、脉冲频率、占空比和处理时间)对TC4钛合金微弧氧化膜层耐蚀性的共同影响,进而探寻影响膜层耐蚀性的电参数显著性关系和最佳因素水平组合。同时结合膜层形貌和物相组成进一步探讨电参数对膜层耐蚀性的影... 采用极差分析法研究电参数(电压、脉冲频率、占空比和处理时间)对TC4钛合金微弧氧化膜层耐蚀性的共同影响,进而探寻影响膜层耐蚀性的电参数显著性关系和最佳因素水平组合。同时结合膜层形貌和物相组成进一步探讨电参数对膜层耐蚀性的影响机制并建立回归方程,以此来实现通过电参数对微弧氧化膜层耐蚀性的调控。结果表明:占空比对膜层电化学耐蚀性影响的显著性最高,其次是脉冲频率和电压,处理时间对其影响较小。占空比和脉冲频率通过改变燃弧放电时间和熄弧冷却时间来影响膜层结构和性能,增加电压、占空比、处理时间或降低脉冲频率可使电源输出功率增加,导致膜层厚度增加、微孔孔径增大、致密度降低,膜层中Al2TiO5的生成效率更高,电化学耐蚀性能随之降低。通过相关系数法检验可知:所建立回归方程的因变量与自变量之间具有高度相关性,可以为钛合金微弧氧化膜的性能调控提供理论支持和预测方法。 展开更多
关键词 TC4钛合金 微弧氧化 电参数 耐蚀性 回归分析
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采用压力热处理工艺对金属钨进行表面纳米化处理
6
作者 张鹏飞 何换菊 +4 位作者 张战胜 王标 屈晶晶 林铁松 杨治华 《稀有金属材料与工程》 北大核心 2026年第5期1292-1298,共7页
为进一步提高金属钨工件在高能辐照、电弧烧蚀等工况下的使用寿命,有必要对钨进行表面纳米化处理,提高表层材料的抗疲劳、耐辐照等性能。然而,由于钨的高熔点和高硬度,使其表层材料发生塑性变形或局部熔化十分困难。本工作以纯钨板为原... 为进一步提高金属钨工件在高能辐照、电弧烧蚀等工况下的使用寿命,有必要对钨进行表面纳米化处理,提高表层材料的抗疲劳、耐辐照等性能。然而,由于钨的高熔点和高硬度,使其表层材料发生塑性变形或局部熔化十分困难。本工作以纯钨板为原料,对其施加10 MPa压力,在真空中将其加热至900℃并保温3 h,采用压力热处理工艺对钨板进行表面纳米化处理。结果显示处理后,在钨板表面形成了厚度2~4μm的纳米晶层,晶层厚度均匀。纳米晶粒呈等轴状,平均晶粒尺寸普遍小于300 nm。钨板内部依然保持为粗晶组织,表面纳米晶层与基体粗晶组织之间结合牢固,无明显界面。本工作有望为钨等难熔金属表面纳米化探索一种更加高效便捷的技术路径,具有重要的理论意义和实际应用价值。 展开更多
关键词 钨 表面处理 表面纳米化 压力热处理 难熔金属
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油浸式变压器铜绕组抗硫腐蚀的研究进展
7
作者 郝春艳 贺春 +4 位作者 于金山 赵鹏 刘盛终 袁媛 郑涵雯 《腐蚀与防护》 北大核心 2026年第1期36-43,共8页
油浸式变压器中铜绕组发生硫腐蚀会生成Cu_(2)S,导致绝缘纸以及绝缘油的一系列性能下降,严重威胁了油浸式变压器的正常运行。针对铜绕组的硫腐蚀,本文从以下四个方面对相关研究进行综述:腐蚀性硫的来源、硫腐蚀的作用机理及其影响因素(... 油浸式变压器中铜绕组发生硫腐蚀会生成Cu_(2)S,导致绝缘纸以及绝缘油的一系列性能下降,严重威胁了油浸式变压器的正常运行。针对铜绕组的硫腐蚀,本文从以下四个方面对相关研究进行综述:腐蚀性硫的来源、硫腐蚀的作用机理及其影响因素(包括环境条件与铜绕组特性)、硫腐蚀对设备的危害,以及主要的抑制与防护措施。 展开更多
关键词 油硫腐蚀 危害 机理 防腐蚀措施
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等离子喷涂Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)强化聚四氟乙烯不粘涂层的制备及其性能研究
8
作者 曹达华 高岩 +4 位作者 雒晓涛 申继豪 程志喜 万鹏 李洪伟 《表面技术》 北大核心 2026年第3期252-261,共10页
目的针对传统不粘涂层耐磨性差、表面磨损后疏水性快速衰减等问题,提出一种离散Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)(AT40)陶瓷凸起结构强化的聚四氟乙烯(PTFE)耐磨不粘涂层结构设计,在摩擦磨损中,通过高硬度的陶瓷凸起对摩擦副的支撑作用,避免PTFE... 目的针对传统不粘涂层耐磨性差、表面磨损后疏水性快速衰减等问题,提出一种离散Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)(AT40)陶瓷凸起结构强化的聚四氟乙烯(PTFE)耐磨不粘涂层结构设计,在摩擦磨损中,通过高硬度的陶瓷凸起对摩擦副的支撑作用,避免PTFE被快速磨除,以提高不粘涂层的耐磨性。方法首先,采用等离子喷涂半熔化粒子沉积具有高表面粗糙度的AT40陶瓷涂层;其次,采用PTFE填充AT40陶瓷涂层表面半熔化粒子凸起间的空隙,获得复合涂层。研究喷涂距离对AT40涂层表面结构的影响,揭示AT40涂层表面粗糙度对复合涂层耐磨性能及持久不粘性能的影响规律。结果当喷涂距离从40mm分别提高到80、120、150mm时,等离子喷涂AT40陶瓷涂层的表面粗糙度先减小后增加,在喷涂距离为40mm时,粗糙度Ra最高,为19.3μm,R_(z)为220.4μm。将该条件下制备的AT40陶瓷涂层表面涂覆PTFE面层后,在摩擦磨损25000周后依然能够保持不粘性能,相较于传统的PTFE不粘涂层提升了约4倍。结论大气等离子喷涂的高粗糙度AT40陶瓷底层与PTFE面层的复合耐磨不粘涂层具有优异的耐磨性能和持久的不粘性能,可大幅提升不粘烹饪器皿的使用寿命。 展开更多
关键词 等离子喷涂 Al_(2)O_(3)-40%TiO_(2)/PTFE复合涂层 表面微凸结构 耐磨性 疏水性
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热障涂层高灵敏YAG:xCe荧光应力响应单元的构筑及其应力响应机理
9
作者 成波 丁呈云 +7 位作者 白易博 楚倩倩 任鲲鹏 郑光彬 侯东 张辛健 安国升 李文生 《表面技术》 北大核心 2026年第3期52-60,95,共10页
目的热障涂层高温服役过程中产生的残余应力是导致其失效的关键因素,开发高灵敏度的无损检测技术对于评估涂层可靠性至关重要。本研究通过构筑不同体系耐高温YAG:x Ce荧光应力响应单元提高热障涂层残余应力检测灵敏度。方法采用真空烧... 目的热障涂层高温服役过程中产生的残余应力是导致其失效的关键因素,开发高灵敏度的无损检测技术对于评估涂层可靠性至关重要。本研究通过构筑不同体系耐高温YAG:x Ce荧光应力响应单元提高热障涂层残余应力检测灵敏度。方法采用真空烧结法构筑了不同浓度Ce^(3+)掺杂的Y_(3)Al_(5)O_(12)(YAG:x Ce,x=0.03、0.06、0.08、0.12)荧光应力响应单元复合粉末。利用大气等离子喷涂将所获得的复合粉末制备成系列YAG:x Ce热障涂层陶瓷层。研究Ce^(3+)掺杂浓度对复合粉末及涂层荧光性能的影响,通过密度泛函理论计算研究了不同Ce^(3+)掺杂浓度与荧光应力之间的关系。结果所制备的系列YAG:x Ce涂层具有良好的高温稳定性,涂层荧光强度随Ce^(3+)掺杂浓度呈先增大后减小趋势,浓度为0.08%时,对应最大荧光峰位移。结论成功构筑了系列YAG:x Ce荧光应力响应单元,并明确了其发光效率与应力响应特性可通过掺杂浓度进行有效调控;阐明了掺杂浓度-晶格微变-荧光压谱效应之间的构效关系,为实现热障涂层内部应力状态的高灵敏、无损原位监测提供了重要的材料体系与理论依据,对新一代航空发动机热障涂层的健康监测与寿命预测具有积极的支撑作用。 展开更多
关键词 热障涂层 荧光 应力 YAG:Ce
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Co-Cr-W合金熔覆层锌腐蚀行为
10
作者 李德元 黄国轩 +2 位作者 李光全 张楠楠 孙俊 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2026年第2期102-109,共8页
【目的】在金属材料表面采用热浸镀方法制作纯锌层是一种高效的耐腐蚀保护层制备方法,但在热浸镀锌的生产过程中,由于液态锌具有较强的扩散能力与反应活性,会与沉没辊等构件中的铁元素发生反应,生成铁锌合金脆性金属间化合物,该反应不... 【目的】在金属材料表面采用热浸镀方法制作纯锌层是一种高效的耐腐蚀保护层制备方法,但在热浸镀锌的生产过程中,由于液态锌具有较强的扩散能力与反应活性,会与沉没辊等构件中的铁元素发生反应,生成铁锌合金脆性金属间化合物,该反应不仅会持续消耗构件中的铁元素,被腐蚀掉的铁渣黏结在沉没辊表面还会划伤镀层。【方法】采用等离子熔覆方法在316L不锈钢基材上制备厚约5 mm的两种不同钴基合金熔覆层,并将两种熔覆层置于450℃熔融液态Zn中分别腐蚀72、120、168 h,分析其腐蚀后形貌、产物和元素损失情况,探究钴基合金熔覆层的腐蚀行为与机理。【结果】两种合金熔覆层原始组织中均存在γ-Co和Cr_(7)C_(3)、Cr_(23) C_(6)碳化物,但2^(#)合金熔覆层的碳化物数量相对较多,分布更弥散。1^(#)合金熔覆层的腐蚀方式为均匀溶解性腐蚀,腐蚀过程中出现了具有较多孔隙和横向裂纹的扩散层。由于Zn可与C发生反应,C元素由内向外扩散,导致扩散层和熔覆层表面C含量升高。腐蚀168 h后,热应力作用导致横向裂纹扩展,扩散层最终剥离为上下两层,层间存在Zn的侵入现象。2^(#)合金熔覆层腐蚀过程中同样出现了扩散层,但孔隙和裂纹很少,也未发生扩散层分裂现象。腐蚀过程中Zn先扩散至碳化物与Co固溶体的晶界,随后对Co固溶体进行溶解腐蚀并逐步绕过碳化物相,导致熔覆层厚度逐渐减薄。两种合金熔覆层的耐蚀性能均高于316L不锈钢基材,1^(#)合金熔覆层的腐蚀速度约为316L不锈钢基材的1/3,2^(#)合金熔覆层的腐蚀速度约为316L不锈钢基材的1/4。虽然两种熔覆层组织中碳化物类型几乎相同,且碳化物均不与Zn发生反应,但2^(#)合金熔覆层中碳化物含量相对较多,碳化物能够阻碍Zn的扩散,导致能与Zn反应的Co基固溶体变少,因此,碳化物含量较高的2^(#)合金熔覆层具有较好的耐蚀性能。【结论】在等离子熔覆过程中原位生成的碳化物对钴基合金具有较好的保护作用,且其腐蚀速度随着碳化物形成元素含量的增加而大幅降低。由不同时长的腐蚀结果可知,碳化物含量的增加可以有效提高沉没辊在液态Zn中的服役时间。 展开更多
关键词 等离子熔覆 不锈钢 钴基合金 原位生成 金属间化合物 碳化物 耐Zn腐蚀 固-液界面
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Fe_(2)AlB_(2)的高温氧化机制及吸波性能研究
11
作者 马新超 智清 +5 位作者 李威 陈毛 王海龙 张锐 张帆 范冰冰 《无机材料学报》 北大核心 2026年第1期45-54,共10页
传统吸波材料在高温条件下易失效,难以满足极端高温环境的性能需求。Fe_(2)AlB_(2)因其纳米层状结构以及优良的高温稳定性,在高温吸波领域备受关注。本研究通过湿法球磨-氩气烧结工艺制备了Fe_(2)AlB_(2)粉末,并系统研究了Fe_(2)AlB_(2... 传统吸波材料在高温条件下易失效,难以满足极端高温环境的性能需求。Fe_(2)AlB_(2)因其纳米层状结构以及优良的高温稳定性,在高温吸波领域备受关注。本研究通过湿法球磨-氩气烧结工艺制备了Fe_(2)AlB_(2)粉末,并系统研究了Fe_(2)AlB_(2)在高温下的氧化机制和吸波性能变化规律。同时,借助电磁仿真软件对其在7 GHz微波下的吸收过程进行了雷达散射截面模拟。结果表明:Fe_(2)AlB_(2)起始氧化温度为671℃,随着氧化温度的升高,其表面形成致密Al_(2)O_(3)保护膜,抗氧化性能显著增强;当氧化温度超过1000℃时,Al_(2)O_(3)膜破裂,主相转变为Fe_(2)O_(3)、Al_(4)B_(2)O_(9)以及非晶态B_(2)O_(3);在300~800℃氧化温度范围内,样品吸波性能随氧化温度升高而逐步提升,尤其在10 GHz附近,其介电损耗能力最为突出。当氧化温度升高至900℃时,在频率f=11.28 GHz下,样品的反射损耗达到-42.60 dB,相应的厚度为2.8 mm。Al_(2)O_(3)膜通过诱导“氧化膜-基体”界面极化损耗,显著提高了介电损耗效率。本研究阐明了Fe_(2)AlB_(2)在不同温度的氧化机制及其对吸波性能的影响规律,为其在高温吸波环境中的应用提供了理论基础。 展开更多
关键词 Fe_(2)AlB_(2) 抗氧化性 吸波性能 高温稳定性
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脉冲偏压对CrN/TiAlN纳米多层薄膜微观结构和力学性能的影响
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作者 魏永强 张华森 +6 位作者 张晓晓 顾艳阳 杨佳乐 刘畅 吕怿东 韦春贝 钟素娟 《中国有色金属学报》 北大核心 2026年第3期976-992,共17页
采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅片(100)基体表面制备CrN/TiAlN纳米多层薄膜,研究脉冲偏压对薄膜微观结构和性能的影响规律。通过SEM、EDS、XRD对薄膜的微观结构和物相组成进行表征,采用洛氏硬度计、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和... 采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅片(100)基体表面制备CrN/TiAlN纳米多层薄膜,研究脉冲偏压对薄膜微观结构和性能的影响规律。通过SEM、EDS、XRD对薄膜的微观结构和物相组成进行表征,采用洛氏硬度计、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站分别对膜基结合力、纳米硬度以及薄膜的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能进行测试。结果表明:随着脉冲偏压的增大,薄膜表面的大颗粒数量减少,薄膜厚度呈现先增大后减小的趋势。当脉冲偏压为-150 V时,薄膜厚度最高可达937 nm,薄膜的膜基结合力均达到HF1等级;当脉冲偏压为-300 V时,薄膜的硬度和弹性模量分别为42.34 GPa和516.32 GPa,稳定摩擦因数为0.62,磨损率降到最小1.26×10^(−8) mm^(3)/(N·mm);当脉冲偏压为-400 V时,自腐蚀电流密度为0.267μA/cm^(2),薄膜的耐腐蚀性能最佳。 展开更多
关键词 电弧离子镀 CrN/TiAlN纳米多层薄膜 脉冲偏压 耐磨性 耐腐蚀性
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脉冲偏压占空比对TiAlCrN多元复合薄膜微观结构和性能的影响规律
13
作者 魏永强 王唯骏 +6 位作者 李永辉 王道洋 杨佳乐 刘畅 吕怿东 韦春贝 钟素娟 《表面技术》 北大核心 2026年第6期40-52,共13页
目的为提升M2高速钢材料的表面性能,研究脉冲偏压占空比对Ti AlCrN多元复合薄膜微观结构和性能的影响规律。方法采用电弧离子镀方法,在M2高速钢表面制备Ti AlCrN多元复合薄膜,再通过多种检测表征方法,探究脉冲偏压占空比对Ti AlCrN多元... 目的为提升M2高速钢材料的表面性能,研究脉冲偏压占空比对Ti AlCrN多元复合薄膜微观结构和性能的影响规律。方法采用电弧离子镀方法,在M2高速钢表面制备Ti AlCrN多元复合薄膜,再通过多种检测表征方法,探究脉冲偏压占空比对Ti AlCrN多元复合薄膜微观结构与性能的影响规律。结果随脉冲偏压占空比的增加,Ti AlCrN薄膜表面大颗粒数量整体呈递减的变化趋势;薄膜晶面择优取向发生明显转变,占空比在20%及以下时为(200)晶面,占空比在30%及以上时转变为(111)晶面。当脉冲偏压占空比为10%时,薄膜中Al元素含量(原子数分数)达到峰值21.37%,平均晶粒尺寸最大为6.17 nm,薄膜硬度达到最大值2381HV,薄膜的结合力最优为74 N;当脉冲偏压占空比为20%时,平均摩擦系数降至最小值0.84;占空比为40%时薄膜中Cr元素含量(原子数分数)最高为22.37%,Cr对薄膜晶粒的细化作用最显著,使薄膜平均晶粒尺寸最小为2.86 nm,致密的薄膜结构可有效阻隔腐蚀介质渗透,自腐蚀电位达到最高值-0.39 V(vs.SCE)。相较于M2高速钢基体,Ti AlCrN多元复合薄膜的硬度、耐腐蚀及摩擦磨损性能均实现显著提升。Ti AlCrN多元复合薄膜在刀具与模具性能提升方面具有良好的应用前景,研究结果为硬质薄膜沉积工艺优化提供了实验依据。结论Ti Al CrN多元复合薄膜能显著提升高速钢基体的性能,通过调节脉冲偏压占空比可优化其结构与综合性能,其中脉冲偏压占空比为10%时薄膜硬度最高,脉冲偏压占空比为40%时薄膜耐腐蚀和抗摩擦磨损性能最优。 展开更多
关键词 电弧离子镀 脉冲偏压占空比 TiAlCrN多元复合薄膜 微观组织 性能
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机器学习辅助耐磨耐腐蚀高熵合金设计的现状与展望
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作者 谢芋江 漆俊杰 +3 位作者 蒋文宇 文雄 温飞娟 黄本生 《材料导报》 北大核心 2026年第3期164-171,共8页
高熵合金(HEAs)具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异的性能,广泛应用于石油工程和航空航天等领域。但是高熵合金的成分空间复杂,设计难度极大。以往高熵合金的设计主要依赖试错法和模拟计算法等,这些方法既耗时又浪费资源... 高熵合金(HEAs)具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优异的性能,广泛应用于石油工程和航空航天等领域。但是高熵合金的成分空间复杂,设计难度极大。以往高熵合金的设计主要依赖试错法和模拟计算法等,这些方法既耗时又浪费资源。近年来,机器学习(ML)作为研究高熵合金的强大工具逐渐崭露头角,通过训练模型和识别关键特征来推动研究。本文首先介绍了机器学习的基本原理,之后在广泛收集了机器学习辅助高熵合金设计的研究成果的基础上综述了机器学习在高熵合金设计中的最新应用,特别是相结构、耐磨性以及耐蚀性方面的研究。 展开更多
关键词 机器学习 高熵合金 相结构 耐磨性 耐蚀性
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油井用铝基牺牲阳极合金的成分设计及性能评价
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作者 李健 李奥 +5 位作者 王春妮 孙冰花 吕祥鸿 白真权 王晨 刘艳明 《腐蚀与防护》 北大核心 2026年第2期35-41,共7页
采用分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)模拟方法,以Al-Zn-In-Sn-Mg五元合金(A14)为基础合金成分,考察了单独添加和复合添加元素(Ti、B和Ce)的影响,筛选设计了一种新型牺牲阳极合金。对目标合金进行试验制备,并测试其电化学性能。结果表... 采用分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)模拟方法,以Al-Zn-In-Sn-Mg五元合金(A14)为基础合金成分,考察了单独添加和复合添加元素(Ti、B和Ce)的影响,筛选设计了一种新型牺牲阳极合金。对目标合金进行试验制备,并测试其电化学性能。结果表明:该合金成分(质量分数)为:Zn 3.0%、In 0.03%、Sn 0.04%、Mg 1.00%、Ti 0.03%、B 0.03%、Ce 0.03%、余量为Al;在70℃模拟油田水中,该合金的开路电位为-1.1254~-1.0190 V,工作电位为-1.0078~-0.8746 V,实际电容量为1334 A·h/kg,电流效率为46.27%,合金表面整体呈现以均匀腐蚀为主的特征。该合金性能完全符合油井用牺牲阳极的技术要求。 展开更多
关键词 牺牲阳极 铝合金 成分设计 电化学性能
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孔隙对热障涂层YSZ/TGO界面残余应力影响的仿真研究
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作者 王敏 龚佳蔚 +2 位作者 吴莉洁 李超 袁建辉 《表面技术》 北大核心 2026年第3期262-272,共11页
目的研究热循环过程双陶瓷热障涂层YSZ/TGO界面残余应力受涂层孔隙率和孔隙形貌等的影响,为热障涂层的失效研究提供理论依据。方法基于Python参数化建模和Abaqus有限元仿真,获得温度变化过程YSZ和热生长氧化层TGO界面上不同位置沿X轴和... 目的研究热循环过程双陶瓷热障涂层YSZ/TGO界面残余应力受涂层孔隙率和孔隙形貌等的影响,为热障涂层的失效研究提供理论依据。方法基于Python参数化建模和Abaqus有限元仿真,获得温度变化过程YSZ和热生长氧化层TGO界面上不同位置沿X轴和Y轴方向的残余应力。通过固定三变量调节单变量的方法,研究单一孔隙变量对YSZ/TGO界面残余应力的影响。结果仅改变孔隙率时,YSZ/TGO界面左右两侧波峰的S11在孔隙率15%时取得最大拉应力,分别为16.4 MPa和22.4 MPa。左侧波峰、波谷位置的S22在15%与20%孔隙率下均具有相近的S22值,分别为90.0 MPa和12.2 MPa;仅改变长轴尺寸,左侧波峰在长轴尺寸为2.5μm时具有最大的S22压应力85.3 MPa,此时右侧波峰具有最大S22拉应力36.4 MPa,而波谷则具有最小的S22压应力15.0 MPa;仅改变孔隙方向,90°孔隙方向在降温结束时具有最大的S11压应力22.1 MPa,而在降温开始阶段具有最大的S22拉应力33.8 MPa;仅改变纵横比,降到室温时左侧波峰S22压应力最大值98.8 MPa和右侧波峰S22拉应力最大值34.0 MPa均在纵横比4.5时出现,波谷的S22压应力在纵横比为4.5时出现最小值11.4 MPa。结论不同孔隙率、纵横比和孔隙方向对YSZ/TGO界面的残余应力具有较大的影响,单一孔隙尺寸的变化对界面上的S11和S22影响相对较小,通过控制涂层中的孔隙率和孔隙形貌,可以降低热障涂层的失效风险。 展开更多
关键词 热障涂层 孔隙率 纵横比 孔隙方向 孔隙尺寸 残余应力 仿真
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飞机迎风面蒙皮涂层高动态雨蚀损伤评价和机理
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作者 沙明工 惠志强 +9 位作者 李雨桐 孙莹 李明 魏政 Babaytsev Arseny Fedotenkov Gregory Mednikov Aleksei Tkhabisimov Aleksandr 李玉龙 陈建军 《表面技术》 北大核心 2026年第2期1-14,共14页
目的飞机在雨中高速飞行时,机体迎风面蒙皮涂层受到雨滴冲击作用而产生损伤,出现表面开裂、剥离等典型损伤,会降低结构的安全性和功能性,因此需要对蒙皮涂层的雨蚀损伤机理进行深入研究。方法利用一级轻气炮搭建的单射流试验平台和水切... 目的飞机在雨中高速飞行时,机体迎风面蒙皮涂层受到雨滴冲击作用而产生损伤,出现表面开裂、剥离等典型损伤,会降低结构的安全性和功能性,因此需要对蒙皮涂层的雨蚀损伤机理进行深入研究。方法利用一级轻气炮搭建的单射流试验平台和水切割装置改装的多射流试验平台模拟雨滴冲击。针对以碳纤维T300编制材料为基体,表面涂有3种同等厚度的聚氨酯涂层材料,在不同试验条件下对材料进行雨蚀试验研究。结果在617 m/s冲击速度条件下,以0°、15°、30°的冲击角度以及在15°冲击角度,430、490和555 m/s的冲击速度下对三种涂层材料进行单射流试验;对三种涂层材料在350、370和420 m/s的冲击速度下,进行1000次冲击的多喷射流试验。结果表明:随着冲击角度和速度的变化,三种涂层材料的损伤趋势是一致的;典型损伤形貌相同,即当水锤压力低于涂层材料的屈服强度极限时,损伤区域由环形损伤包围中央未损伤区域构成;当水锤压力超过材料的屈服强度极限时,水锤压力结合侧向射流会造成1~2倍液滴直径的损伤区域。多射流与单射流的试验结果具有相似性。结论通过对比单射流与多射流试验下涂层材料的典型损伤形貌可知,材料的雨蚀损伤机理与自身的力学性能关系密切。根据三种涂层材料在不同试验参数下的损伤结果,材料1性能最佳,在多种试验条件下均有良好的表现,能够满足飞机在不同环境下的飞行需求。 展开更多
关键词 液固冲击 雨蚀损伤 水射流 冲击动力学 复合材料 涂层
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Incoloy-800H合金在超临界水冷堆不同水化学控制策略下的腐蚀行为
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作者 杨鸿 龚宾 +1 位作者 赵永福 邓平 《机械工程材料》 北大核心 2026年第3期81-87,共7页
在550℃和25 MPa的富氧水化学环境(溶解氧质量分数300μg·kg^(-1))及加氢水化学环境(溶解氢质量分数1.5 mg·kg^(-1))中对超临界水冷堆候选包壳材料Incoloy-800H合金开展均匀腐蚀试验,研究了富氧和加氢2种水化学控制策略下合... 在550℃和25 MPa的富氧水化学环境(溶解氧质量分数300μg·kg^(-1))及加氢水化学环境(溶解氢质量分数1.5 mg·kg^(-1))中对超临界水冷堆候选包壳材料Incoloy-800H合金开展均匀腐蚀试验,研究了富氧和加氢2种水化学控制策略下合金表面氧化膜的微观形貌和物相组成。结果表明:在富氧水中腐蚀后Incoloy-800H合金表面存在厚度250~420 nm的双层结构氧化膜和厚度45~63 nm的单层结构氧化膜,其中双层氧化膜外层为大尺寸铁的氧化物颗粒,内层以及单层氧化膜主要由FeCr_(2)O_(4)尖晶石组成,同时氧化膜下方存在明显的不连续内氧化区。在加氢水中腐蚀后合金表面形成双层氧化膜,外层为尺寸较小、分布较疏松的Fe_(3)O_(4)颗粒,内层以FeCr_(2)O_(4)尖晶石为主,厚度较大,为82~100 nm,在外层氧化膜与内层氧化膜界面以及内层氧化膜与基体界面处形成极薄的富铝氧化膜。从候选包壳材料Incoloy-800H合金的腐蚀角度看,加氢更适宜作为超临界水冷堆的水化学控制策略。 展开更多
关键词 超临界水冷堆 Incoloy-800H合金 腐蚀行为 溶解氧 溶解氢 氧化膜
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热障涂层微观结构的X射线与扫描电镜研究
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作者 胡鹏飞 林杰 +4 位作者 姜云 陈静涛 孙银洁 谢忱 鲁波 《实验科学与技术》 2026年第1期31-37,共7页
高温陶瓷热障涂层的厚度、裂纹、孔隙及孔隙率等微观结构是评价涂层热障性能的关键参考,该文以三层结构热障涂层为研究对象,并用三维X射线显微镜与扫描电子显微镜,从二维和三维视角研究了热障涂层形貌、厚度、孔隙及孔隙率等结构特征。... 高温陶瓷热障涂层的厚度、裂纹、孔隙及孔隙率等微观结构是评价涂层热障性能的关键参考,该文以三层结构热障涂层为研究对象,并用三维X射线显微镜与扫描电子显微镜,从二维和三维视角研究了热障涂层形貌、厚度、孔隙及孔隙率等结构特征。涂层服役前后的二次电子和背散射电子扫描分析表明,涂层具有自愈合层致密性结构和内层非致密瑕疵区存在。三维X射线显微镜采集的三维图像大尺度展示了裂纹以及孔隙等微观结构信息。通过灰度值分析,评判了自愈合层的致密度及其强阻氧性能,运用各功能涂层灰度值差异对比评判它们之间的结合强度。结果显示,两种设备的图像解析结果基本一致,为高温陶瓷热障复合涂层微观结构特征的全面解析提供了可行策略。 展开更多
关键词 热障涂层 微观结构 孔隙率 裂纹 三维X射线显微镜 扫描电子显微镜
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激光冲击强化对增材制造316L不锈钢微观组织及耐磨性的影响
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作者 曹晓蝶 吴嘉俊 +5 位作者 徐尤泽 吴承彪 丁旺旺 乔红超 赵吉宾 孙博宇 《表面技术》 北大核心 2026年第2期112-123,共12页
目的通过激光冲击强化技术提高增材制造316L不锈钢的耐磨性。方法采用激光能量为6 J,脉冲宽度为15 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对增材制造316L不锈钢样件进行处理,研究激光冲击强化对增材316L不锈钢样件的表面形貌、显微硬度、残余应... 目的通过激光冲击强化技术提高增材制造316L不锈钢的耐磨性。方法采用激光能量为6 J,脉冲宽度为15 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对增材制造316L不锈钢样件进行处理,研究激光冲击强化对增材316L不锈钢样件的表面形貌、显微硬度、残余应力分布、微观组织和耐磨性的影响。结果激光冲击强化后,增材316L不锈钢样件X射线衍射图谱的衍射峰发生偏移,但未发生相变;由于严重的塑性变形,其表面粗糙度增加。强化后样件表面晶粒明显细化,平均晶粒尺寸由原始状态的58.3μm减小至47.9μm;同时表面位错密度显著增加,残余压应力达到−353 MPa;显微硬度由233.2HV提升至288.7HV,增幅约23.8%。摩擦磨损试验表明,激光冲击强化后的样件摩擦系数由0.409降至0.373,平均磨损率降低了约50.12%。磨损形貌分析显示,未处理样件以剥落磨损为主,而强化样件主要表现为黏着磨损,表面损伤减轻。结论激光冲击强化通过晶粒细化、增加位错密度以及引入堆垛层错与残余压应力的协同作用,从而显著提升了增材316L不锈钢样件的硬度和耐磨性。该技术为改善增材制造金属零件的表面性能提供了有效途径。 展开更多
关键词 激光冲击强化 增材制造 微观组织 耐磨性能
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