挤出机螺杆表面耐磨自润滑涂层的激光制造工艺与机理研究

发布时间：2017-03-25 19:16

  本文关键词：挤出机螺杆表面耐磨自润滑涂层的激光制造工艺与机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：螺杆在长时间的高温、高压、高机械扭力及摩擦环境下工作,容易失效甚至报废。螺杆磨损造成重大经济损失。若能减缓螺杆磨损、提高挤出机的使用寿命,将会显著降低产品成本,带来巨大经济效益。激光加工技术可以对失效零部件进行表面性能改造,从而获得耐磨、耐蚀、抗疲劳工作层。本文利用激光加工技术在螺杆用氮化钢38CrMoAl表面制备耐磨自润滑工作层。主要研究内容及结论如下:(1)探索了粉末配方为NiCr-CeO2-TiC-Cr3C2-V-MoS2的激光工艺参数及所制备工作层的物相组成、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能。涂层表面的显微硬度平均值约为313.7HV,与基体的显微硬度相当。涂层的平均摩擦系数为0.513,磨损量为58.561×10-3mm3,两者性能均不如基体优异。为了获得具有优异性能的工作层,必须进一步优化粉末配方、激光工艺参数等,并且获得各参数的最佳匹配。(2)研究了激光工艺参数对20NiCr-69Cr3C2-1CeO2-10MoS2涂层显微结构、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。涂层中含有奥氏体、碳化物和部分未溶解的MoS2颗粒;随着扫描速度的提高,显微组织由亚共晶组织转变成过共晶组织,马氏体含量及显微硬度增加。最优加工涂层(扫描速度为15 mm/s)的耐磨损性能是基体的29.76倍。激光加工涂层磨损表面形成的氧化膜有利于提高其耐磨损性能。此外,由于晶粒细化作用、固溶强化作用和韧性共晶相,涂层具有良好的强度和韧性,支撑和连结了增强碳化物和润滑相,有利于提高其耐磨损性能。(3)为了研究温度对涂层相结构稳定性的影响,本文还对NiCr/Cr3C2-CeO2-MoS2和NiCr/Cr3C2-CeO2-WS2涂层进行了不同温度下的长时间热处理,并且对热处理后激光加工涂层的组织和耐磨损性能及其形成机理进行了深入分析。主要结论如下:热处理作用后,含有10 wt%MoS2的具有过共晶组织的涂层中生成了奥氏体;而含有20 wt%MoS2的具有亚共晶组织的涂层中奥氏体的体积分数减少;经热处理之后,含WS2涂层的物相组成没有发生明显变化。对于所有的初始涂层来讲,若涂层中主要物相为马氏体时,热处理之后,残余奥氏体的含量增加;若涂层中主要物相为奥氏体时,热处理之后,残余奥氏体的含量降低。含10 wt%MoS2、10wt%WS2及20 wt%WS2涂层在室温条件下的耐磨损性能最好。未溶解的MoS2、WS2及其周边基体在载荷作用下的裂纹特性与涂层的显微结构密切相关,其对涂层的磨损性能有很大影响。本文对塑料行业所用挤出机螺杆表面耐磨自润滑涂层的激光制造工艺与机理进行了系统的研究,研究成果能够丰富激光加工制造理论,为挤出机螺杆表面耐磨自润滑涂层的粉末设计、工艺制定及耐磨机理提供一定的理论依据。
【关键词】：螺杆 失效 激光加工 热处理 摩擦磨损
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;TG665
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 挤出机螺杆概述12-13
• 1.3 挤出机螺杆的工作条件及用材分析13
• 1.4 挤出机螺杆的失效形式13-14
• 1.5 挤出机螺杆的再制造14-21
• 1.5.1 热喷涂工艺14-15
• 1.5.2 等离子加工技术15-17
• 1.5.3 激光表面热处理技术17-21
• 1.6 本论文主要研究内容21-22
• 第二章 试验材料及方法22-30
• 2.1 试验材料22-23
• 2.1.1 基体材料22
• 2.1.2 涂层粉末材料22-23
• 2.2 激光加工涂层的制备23-25
• 2.2.1 合金粉末的制备23
• 2.2.2 涂层的制备及其工艺参数23-25
• 2.3 显微组织与结构分析25-27
• 2.4 显微硬度分析27
• 2.5 涂层的摩擦磨损性能测试27-28
• 2.6 热处理试验设计28-30
• 第三章 粉末成分和激光工艺参数对耐磨自润滑涂层组织及摩擦磨损性能的影响研究30-52
• 3.1 引言30
• 3.2 粉末成分对耐磨自润滑涂层组织及摩擦磨损性能的影响分析30-38
• 3.2.1 试验材料30
• 3.2.2 试验方法30-31
• 3.2.3 实验结果及分析31-38
• 3.3 工艺参数对耐磨自润滑涂层组织及摩擦磨损性能的影响分析38-51
• 3.3.1 涂层的物相分析及显微组织分析38-42
• 3.3.2 涂层的显微硬度分析42-44
• 3.3.3 涂层中未溶解MoS_2加载后的破坏特性44-45
• 3.3.4 涂层的摩擦磨损性能研究45-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 热处理对激光加工耐磨自润滑涂层的组织及摩擦磨损性能影响研究52-73
• 4.1 引言52
• 4.2 热处理对激光加工NiCr-Cr_3C_2 -CeO_2-MoS_2涂层的影响52-62
• 4.2.1 热处理前后激光加工涂层物相及显微组织分析52-55
• 4.2.2 热处理前后激光加工涂层显微硬度分析55-56
• 4.2.3 热处理前后激光加工涂层中未溶解MoS_2加载后的裂纹特性分析56-58
• 4.2.4 热处理前后激光加工涂层摩擦磨损性能研究58-62
• 4.3 热处理对激光加工NiCr-Cr_3C_2-CeO_2-WS_2涂层的影响62-71
• 4.3.1 热处理前后激光加工涂层物相及显微组织分析62-65
• 4.3.2 热处理前后激光加工涂层显微硬度分析65
• 4.3.3 热处理前后激光加工涂层中未溶解WS_2加载后的裂纹特性分析65-66
• 4.3.4 热处理前后激光加工涂层摩擦磨损性能研究66-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-76
• 5.1 研究工作的主要结论73-74
• 5.2 展望74-76
• 参考文献76-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间所获科研成果85

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