热处理对不同Al含量热喷涂高铝青铜涂层强化的影响

发布时间：2018-04-12 00:12

  本文选题：氧乙炔热喷涂 + 高铝青铜涂层　； 参考：《广东工业大学》2016年硕士论文

【摘要】：铝青铜具备铜合金的优异性能,同时还具有高强度、高硬度、高减摩耐磨性、良好的耐腐蚀性等,一般应用在拉伸模具、阀门材料、压制模具、发电厂等现代工艺领域中。然而,随着科学技术的发展,先前研究的一些Al含量较低的铝青铜合金已经远远不能够满足如今的使用需求,并且发现在基体上制备铝青铜涂层能够有效改善工件性能,这使得开发新型高铝青铜涂层具备重大的现实意义。铝青铜合金经固溶处理+时效处理能够起到消除残余应力及强化合金性能及组织的作用,因此,如何强化新型高铝青铜涂层具有一定的研究价值。本文通过氧乙炔热喷涂技术在45钢基体上制备Cu-10Al-X、 Cu-15Al-X和Cu-20Al-X三种不同A1含量的高铝青铜热喷涂涂层,并通过固溶时效处理对三种涂层进行后续热处理强化。试验通过不同固溶处理温度与时间、不同冷却方式及不同时效处理温度与时间研究了其对涂层组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响,确定了最佳工艺条件,制备出不同铝含量的涂层。试验采用了倒置金相显微镜和扫描电镜(SEM)表征涂层组织形貌、厚度及结合情况、EDS能谱仪与X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相结构、显微硬度计测量涂层显微硬度和表面综合测试性能仪检测涂层摩擦学特性,研究所得主要结论如下：固溶处理：Cu-10Al-X涂层、Cu-15Al-X涂层在600℃/0.5h固溶处理后空冷及Cu-20Al-X涂层在800℃/0.5h固溶处理后空冷组织发生了变化且硬质相多于其他条件,β相(Cu3Al)溶解生成其同素异构体β、马氏体(Cu3Al2相)、α-Cu相相对减少,生成了一定的硬质相从而强化涂层。涂层显微硬度得到提升,其中Cu-15A1-X涂层提升幅度最大,并在600℃/0.5h条件下固溶处理得到了比较明显的强化,显微硬度从固溶前的159.15HV01提高到固溶处理后的258.53HV0.1,主要存在固溶强化、马氏体相变强化及过剩相强化等强化机制,水冷涂层强化效果不如空冷涂层。时效处理：涂层在上述条件下固溶后空冷、400℃/1h时效处理组织与性能要优于其他时效条件。涂层主量相为α-Cu相、以Cu9Al4及Cu4Al相为代表的γ2相、β相(Cu3Al)、Al65Cu20Fe15等含Fe元素的硬质K相及致密的氧化膜Al203相,次量相为β、马氏体(Cu3Al2相)、Al-Ni相Al4Ni3等)及Cu20等。这些K相是由45钢基体中Fe扩散到涂层中形成的。涂层中硬质相形态表现为黑色区域中的流线型居多,其中Cu-15Al-X涂层硬质相含量多于其他两种涂层,析出更多Cu-Al相,其显微硬度提高到最大289.81HV0.1，，三种涂层主要强化机制是时效沉淀强化、相变强化、过剩相强化、晶粒细化,水冷后涂层强化机制为时效强化及过剩相强化。涂层摩擦学性能：涂层摩擦磨损试验条件为时间15min、载荷50N、转速500r/min和滑动距离5mm,其表现为良好的减磨耐磨性,并优于其他试验条件。 (1)干摩擦条件下摩擦磨损：热处理条件为600℃/0.5h固溶处理后空冷、400℃/1h时效处理时,Cu-15Al一X涂层摩擦系数最低为0.42,要小于其他两种系列的涂层、固溶后空冷涂层及热处理前的涂层,改善了涂层减摩性；其磨损率也是三种系列涂层中最低的,大约为3.3×10-5mm3/Nm,说明涂层耐磨性得到提高。主要磨损形式为磨粒磨损和粘着磨损； (2)湿摩擦条件下摩擦磨损：在与干摩擦相同的磨损条件下添加861-136-E02润滑液使涂层减摩耐磨性能得到进一步的改善。Cu-15Al-X涂层摩擦系数降低到0.10,磨损率下降到0.18×10-5mm3/Nm。主要磨损形式为粘着磨损。
[Abstract]:Aluminum bronze copper alloy with excellent performance, but also has high strength, high hardness, high friction and abrasion resistance, good corrosion resistance, generally used in drawing die, valve material, mould pressing, power plants and other fields of modern technology. However, with the development of science and technology, aluminum bronze alloy Al in the previous study low can not meet today's needs, and found that the preparation of aluminum bronze coating can effectively improve the performance of the work in the matrix, which makes the development of a new type of high aluminum bronze coating has great practical significance. The aluminum bronze alloy after solution treatment and aging treatment can eliminate stress and strengthen the organization and properties of the alloy, the residual therefore, how to strengthen the new type of high aluminum bronze coating has certain research value. This paper by oxyacetylene thermal spraying technology to prepare Cu-10Al-X on the 45 steel substrate, Cu-15Al- High aluminum bronze heat with different content of A1 three X and Cu-20Al-X coatings, and the solid solution and aging treatment of three kinds of coatings for subsequent heat treatment. Through the experiment of different solid solution treatment temperature and time, different cooling methods and different aging temperature and time on the microstructure of the coating, micro hardness and impact the friction and wear properties, the optimum technological conditions are determined. The coatings were prepared with different Al content. The experiment using inverted microscope and scanning electron microscope (SEM) tissue characterization of the morphology of the coating thickness, and combination, EDS spectrometer and X ray diffraction (XRD) analysis of the coating phase structure, micro hardness tester measurement of coating hardness and Tribological Properties of surface comprehensive performance test instrument for measurement of coatings, the main results are as follows: solid solution: Cu-10Al-X coating, Cu-15Al-X coating at 600 DEG /0.5h after solution treatment time Cold and Cu-20Al-X coating at 800 DEG /0.5h after solution treatment, air cooling structure has changed and the hard phase than the other conditions, the beta phase (Cu3Al) dissolved to generate allotrope of beta martensite (Cu3Al2), a -Cu phase is relatively reduced, generating a hard phase to strengthen coating coating microstructure. The hardness increased, Cu-15A1-X coating increased the most, and at 600 DEG /0.5h under the condition of solution treatment has been enhanced obviously, the microhardness of the solution before 159.15HV01 increased to 258.53HV0.1 after solution treatment, mainly solid solution strengthening, martensitic transformation hardening and excess phase strengthening strengthening mechanism, water cooling the strengthening effect of air cooling as coating coating. Coating aging: air cooling solution under the above conditions, /1h 400 degrees of aging treatment on Microstructure and properties is better than the other. The main content is the coating aging conditions for a -Cu phase, with Cu9Al4 and Cu4Al as On behalf of the gamma beta phase 2 phase (Cu3Al), K Al65Cu20Fe15 Fe containing elements of hard phase and dense oxide film of Al203 phase, volume phase beta, martensite (Cu3Al2), Al-Ni Al4Ni3) and Cu20. The K is composed of 45 steel matrix to the diffusion of Fe coating the formation of the coating. The hard phase morphology showed black area in the streamlined majority, Cu-15Al-X coated carbide phase content more than the other two kinds of coatings, more precipitation of Cu-Al phase, improve the micro hardness up to 289.81HV0.1, three kinds of coating is the main strengthening mechanism of precipitation strengthening, transformation strengthening, surplus strengthening, grain refinement. After the water coating strengthening mechanism for ageing strengthening and surplus strengthening. The tribological properties of coating: coating friction and wear test conditions for 15min, load 50N, speed 500r/min and sliding distance of 5mm, the performance of grinding wear resistance is good, and better than the other test conditions (1. ) under dry sliding friction and wear, heat treatment conditions for air-cooled 600 DEG /0.5h after solid solution treatment, aging treatment at 400 DEG /1h, the friction coefficient of Cu-15Al coating X coating for a minimum of 0.42, far less than the other two kinds of coating, air cooling and heat treatment before coating solution, coating were improved antifriction; the wear rate is the lowest in the three series of coating, about 3.3 * 10-5mm3/Nm, indicating the coating wear resistance is improved. The main wear form of abrasive wear and adhesive wear; (2) under the condition of wet friction friction and wear in dry friction and wear the same under the condition of adding 861-136-E02 lubricating fluid to the coating properties of antifriction and wear resistance are improved.Cu-15Al-X coating friction coefficient is reduced to 0.10, the wear rate decreased to 0.18 * 10-5mm3/Nm. the main wear form is adhesive wear.

【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;TG156.9

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