期刊名称：《中国钨业》
国内统一刊号(CN)：CN11-3236/TF 国际标准刊号(ISSN)：ISSN1009-0622 创办日期：1986年 刊 期：双月刊 电 话：0797-8106067 Email：zgwu@chinajournal.net.cn 970136973@qq.com
主管部门：中国有色金属工业协会 主办单位：中国钨业协会 协办单位：赣州有色冶金研究所有限公司
钛合金因具有高强度、较好的耐腐蚀性和抗氧化性能，被广泛应用于各个领域，但其耐磨性较差，限制了其应用范围。固体粉末渗硼技术可极大地提高金属材料的表面硬度、耐磨和耐腐蚀性能。本文综合阐述了近年来国内外钛合金表面固体渗硼技术的研究现状，探讨了渗剂组分、渗硼层形成过程及影响渗硼层生长的关键因素，并对渗硼层的耐磨和耐腐蚀性能进行了归纳总结。钛合金的渗硼层为双相结构，基体类型、渗剂组分和渗硼温度均会影响渗硼层的生长；该渗硼层能够有效提高基材的摩擦学特性和耐腐蚀性能。
Si元素的快速内扩散与界面反应是导致高温下难熔合金表面硅化物涂层抗氧化性能退化并缩短其服役寿命的重要原因。本文综述了高温下难熔合金硅化物涂层界面Si元素的扩散原因、扩散行为、互扩散层的生长规律以及界面反应对硅化物涂层成分结构与抗氧化性能等的影响。同时还分别论述了元素改性、第二相掺杂以及界面阻扩散层等常见的阻扩散、抗退化技术的研究进展，探讨了不同材质界面阻扩散层的作用机理及其优缺点，最后对未来界面阻扩散层技术的发展与研究方向进行了展望。
WC基硬质合金是常用的涂层材料之一，因其热硬度高、耐磨性强、与铁钴镍等金属相润湿性好等优点而被广泛应用于管道、阀门、切削工具和采矿设备等。由于服役环境的苛刻性与复杂性，传统的WC基硬质合金涂层已无法满足现代工业的需求。为了提升WC基硬质合金涂层的服役安全性和稳定性，通过引入碳化物来减小涂层中的WC晶粒尺寸或对其进行第二相强化，是提升涂层性能的一种高效且常用的方法。本文概述了WC基硬质合金涂层的特点及制备方法，系统分析了六种碳化物（SiC、VC、WC、Cr_3C2_、NbC、TiC）对WC基硬质合金涂层微观结构及性能影响的最新研究进展，展望了碳化物强化WC基硬质合金涂层性能的发展趋势和应用前景。
为了提高铌钨合金Nb521的高温抗氧化性能，采用料浆熔烧+包埋渗硅的复合工艺制备了(W,Mo,Ti,Cr)Si_2/NbSi_2复合涂层，研究助烧剂Si含量对涂层组织结构的影响，考察涂层在1 350℃下的静态抗氧化和抗热震性能。结果表明：料浆熔烧W-Mo-Ti-Cr多元合金层时，其组织结构随着助烧剂Si含量的增加呈先致密后疏松的变化趋势，较适宜的Si含量为30%左右（质量分数）；再经包埋渗硅后涂层组织进一步致密化，结构分为(W,Mo,Ti,Cr)Si_2外层和NbSi_2内层。涂层在1 350℃下的静态氧化动力学符合抛物线规律，氧化20 h后表面生成了致密的SiO_2保护膜。涂层经1 350℃-室温热震64次后未发生明显失效，氧化膜完整地黏附在涂层表面，涂层内部出现的热应力裂纹被SiO_2有效填充。
轴承钢的表面形貌对其摩擦磨损性能有很大影响，本文采用激光加工技术对GCr15轴承钢进行表面织构化处理，系统研究了织构类型、织构密度及载荷对MoS_2薄膜润滑性能的影响规律。研究表明，MoS_2薄膜在凹凸微织构表面的润滑寿命（556 min）显著高于凹孔微织构表面（39 min）和光滑表面（46 min），并在30 N的外加载荷下呈现出超低的摩擦系数（0.064）。分析发现凹凸微织构中的微凸结构在被磨球挤压后会与MoS_2一起存储于相邻微孔中，进而在后续摩擦过程中持续释放润滑材料，显著延长润滑寿命。此外，相对于高织构密度，低织构密度会更有利于MoS_2润滑效果的提升。本研究的开展对于提升MoS_2固体润滑材料的使用效能具有积极意义。
涂层的使用可以解决硬质合金刀具强韧性之间的矛盾，含涂层的硬质合金刀具综合性能优异，但单层涂层难以满足高速切削和干式切削加工的需求。本文采用化学气相沉积方法在WC-6Co硬质合金基体上制备MT-TiCN单层涂层和MT-TiCN/Al_2O_3双层涂层。通过对比MT-TiCN涂层和MT-TiCN/Al_2O_3涂层的组织结构、硬度、结合强度、抗氧化性能和摩擦磨损性能，研究涂覆Al_2O_3层对MT-TiCN/Al_2O_3涂层组织和性能的影响。结果表明，与MT-TiCN涂层相比，MT-TiCN/Al_2O_3涂层仍具有较好的结合强度、较优的抗氧化性、较低的硬度和较差的摩擦磨损性能。MT-TiCN/Al_2O_3涂层氧化后增重较小，氧化后形貌有所改善。MT-TiCN/Al_2O_3涂层表面粗糙度较大，摩擦系数较大；由于Al_2O_3层在摩擦过程中容易破裂、剥落，使得MT-TiCN/Al_2O_3涂层磨损率较高。
为提高TC4钛合金的高温抗氧化性能，本研究利用稀土氧化物（Gd_2O_3、Tm_2O_3、Nd_2O_3）对TC4钛合金进行稀土渗硼处理。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及电子探针分析稀土渗硼处理后的试样，结果表明，稀土会极大地提高渗硼层的厚度，但不会改变TiB_2+TiB的相组成。通过在不同高温条件下进行的循环氧化测试，发现随着暴露时间的延长和温度的升高，稀土渗硼后的TC4钛合金氧化程度明显增加，渗硼层对基体的保护作用明显降低。其中通过Nd_2O_3进行稀土渗硼处理的试样的氧化程度最小，在800℃下仍属于抗氧化级别。最后，讨论了三种试样的高温抗氧化机理，其过程与TiO_2和B_2O_3的形成有着密切的关系。
本研究采用脉冲电沉积法制备了Ni-W-Ti_2AlC复合镀层，通过正交试验研究了电流密度、占空比、频率和Ti_2AlC添加量对镀层组织结构和性能的影响；采用X射线衍射谱和场发射扫描电子显微镜观察了镀层的晶体结构、表面形貌和镀层厚度，使用电化学测试和摩擦磨损测试研究了镀层的耐腐蚀和耐摩擦性能。结果表明，电流密度、占空比、频率和Ti_2AlC添加量的改变对镀层的厚度、W元素含量和表面形貌产生了一定的影响，其中电流密度对镀层厚度和镀层中W元素含量影响最大。兼顾耐摩擦性能和耐腐蚀性能，脉冲电沉积法制备Ni-W-Ti_2AlC复合镀层的最佳工艺参数为：电流密度为8 A/dm~2、频率为200 Hz、占空比为70%、Ti_2AlC添加量为7.5 g/L。
为进一步改善涂层的显微组织，提高涂层的抗高温氧化性能，本文利用激光熔覆工艺在Nb-Si基合金表面制备含Y和含Y_2O_3的Mo-Si-B涂层，探索Y和Y_2O_3对Mo-Si-B涂层结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明，添加Y和Y_2O_3的Mo-Si-B涂层主要由t-Mo Si_2相、h-Mo Si_2相、Mo_5Si_3相和少量Mo B_2相组成。添加Y能促进Mo-Si-B涂层中元素的扩散，使涂层中的化学组成、组织结构分布更加均匀，Mo Si_2相尺寸减小，共晶组织增多并且细化。而添加Y_2O_3的Mo-Si-B涂层中含有大量的Mo_5Si_3相，基体对涂层的稀释作用较大。在1 250℃空气环境下氧化60 h后观察涂层的高温氧化行为，发现添加Y元素提高了Mo-Si-B涂层的高温抗氧化性能，而添加Y_2O_3后涂层的抗氧化能力显著下降。添加Y的Mo-Si-B涂层表面快速形成了连续且致密的氧化膜，这是因为Y元素的添加细化了涂层的晶粒，使保护性元素可以更快速地扩散到涂层表面，与氧发生反应形成保护性的硅硼酸盐氧化层，有效促进Mo-Si-B涂层表面氧化膜的形成，提高Mo-Si-B涂层的抗高温氧化性能；添加Y_2O_3的Mo-Si-B涂层抗氧化相为Mo_5Si_3相，Si含量降低，因此在氧化过程中生成了大量含Nb的尖晶石型氧化物，破坏硅硼玻璃相氧化膜的连续性，导致含Y_2O_3的Mo-Si-B涂层抗高温氧化性能变差。
真空电子器件的日益发展对阴极电子源提出了大电流密度、高发射均匀性、低蒸散速率和长寿命等更高的要求。为了研究阴极表面形貌变化对阴极性能的影响，本试验采用不同的表面处理工艺在M型阴极发射面形成不同的微观形貌，并在相同条件下进行预处理和测试。阴极表面处理后的微观形貌分析结果表明：对比机械处理，喷砂处理后钨基表面产生了均匀细小的凹凸面，有效地增加了电子发射表面积，提高了发射活性物质Ba分布的均匀性；喷砂处理后阴极表面粗糙度增加了两倍，这有利于提高钨基与金属膜层的结合力，延长阴极寿命。通过发射和蒸发特性的比较，发现喷砂处理阴极的脉冲发射能力和均匀性均优于机械处理阴极；喷砂处理阴极的蒸发速率大于机械处理阴极，但老炼一段时间以后，两种阴极的蒸发速率均有所下降。