结晶器铜板表面镍基自润滑涂层的制备及性能研究

发布时间：2020-07-08 00:47

【摘要】：为了解决连铸结晶器生产过程中出现的表面磨损,热裂纹及寿命低等问题,设计了粘结层加工作层的复合涂层结构,分别选用Al-Ni材料作为粘结层,Ni-C和Ni-BN两种材料作为工作层,使用超音速等离子喷涂技术在结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu基体表面制备了Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层。对涂层的结合强度及显微硬度进行评价,研究不同温度下自润滑涂层的抗热震稳定性能,研究不同载荷及不同温度下涂层的摩擦磨损性能,揭示自润滑涂层在不同试验条件下的磨损机理及润滑机理,阐明自润滑涂层摩擦过程中润滑膜的产生机理。超音速等离子喷涂技术制备的Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层能够很好地与结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu合金结合,两种自润滑涂层显微硬度较低,且在结晶器服役温度范围内有良好的抗热震稳定性能;在不同载荷下,Ni-C涂层的磨损机制均是以磨粒磨损为主,且以石墨的润滑作用为主,Ni-C涂层表现出较低的摩擦系数和磨损质量,载荷较高时摩擦系数增加明显,或许可以通过减小Ni-C粉末的粒度范围解决此问题,常温下Ni-C涂层的石墨相周围容易生成氧化镍;在相同试验条件下,Ni-BN涂层的摩擦系数在常温下比Cr-Zr-Cu基体高,但其磨损质量比Cr-Zr-Cu基体低,常温下Ni-BN涂层的摩擦磨损性能较差。在高温试验条件下,虽然Ni-C涂层的摩擦系数增大,但仍小于常温下Cr-Zr-Cu基体的摩擦系数,其磨损机制从磨粒磨损转变为氧化磨损,以氧化镍的润滑作用为主;Ni-BN涂层的摩擦系数在高温下降低明显,其磨槽中心和磨槽边缘的磨损机制不同,磨槽中心以氧化磨损为主且氧化镍起主要润滑作用,磨槽边缘以磨粒磨损为主且BN润滑相起主要润滑作用;自润滑涂层在摩擦过程中润滑膜的产生及润滑机理包括四个阶段:第一阶段为润滑相暴露阶段;第二阶段摩擦表面形成不连续的润滑膜;第三阶段摩擦表面产生连续的润滑膜,润滑相起主要的润滑作用;第四阶段由于摩擦表面严重氧化,氧化镍覆盖了润滑相,阻碍润滑膜的生成及铺展,以氧化物的润滑作用为主。使用超音速等离子喷涂技术制备Ni-C及Ni-BN两种自润滑涂层能够显著改善结晶器铜板材料Cr-Zr-Cu合金的耐磨性能,同时具有良好的抗热震稳定性能。本研究可以为结晶器铜板的表面处理提供新的思路和实践参考。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TF341.6
【图文】：

图 2.1 涂层结构示意图备工艺流程气等离子喷涂技术制备涂层的工艺流程如图 2.2 所示。主要却三大步骤。基体预处理的顺序如下：首先需要用酒精或者以除去基体表面油污，然后对基体表面进行喷砂处理，以增行涂层制备，使用超音速大气等离子喷涂设备在基体上进行气对试样背面进行降温，防止基体由于高温而发生软化变形气对试样进行降温，直到试样表面温度降至室温方可取下样

图 2.1 涂层结构示意图）涂层制备工艺流程超音速大气等离子喷涂技术制备涂层的工艺流程如图 2.2 所示。主要分为基体喷涂及冷却三大步骤。基体预处理的顺序如下：首先需要用酒精或者乙醚将试洗干净，以除去基体表面油污，然后对基体表面进行喷砂处理，以增加基体表；然后进行涂层制备，使用超音速大气等离子喷涂设备在基体上进行喷涂，喷用压缩空气对试样背面进行降温，防止基体由于高温而发生软化变形；喷涂结用压缩空气对试样进行降温，直到试样表面温度降至室温方可取下样品。

西安建筑科技大学硕士论文粉末的粒度范围在 30 μm ~ 300 μm 之间，主要集中在 130 μm 左右；镍铬铁铝-氮化硼粉末的粒度范围在 20 μm-120 μm 之间，主要集中在 60 μm 左右；铝-镍粉末的粒度范围在30 μm ~ 160 μm 之间，主要集中在 80 μm 左右，由于喷涂粉末都是不规则形状，在实际粉末粒度测试中，激光粒度分析仪测试出的结果可能会出现一定的偏差，从粒度分析结果来看，三种粉末的粒度均符合喷涂设备的要求。(a)(b)

【参考文献】

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本文编号：2745855