耐磨梯度材料电弧增材制造工艺及性能研究
发布时间：2021-08-09 17:41
为了突破我国在高承载薄壁轴瓦材料方面的技术瓶颈,本论文针对我国铜/钢双金属采用固相复合存在的问题,以及借鉴国外铸轧工艺等液相复合技术的优势,首次采用了电弧沉积技术制备“钢背/铜合金/锡基合金”的多层耐磨材料。论文首先研究了S215铝青铜,SCu5210锡青铜和CuSn8Al0.5锡青铜三种合金冷金属过渡（CMT）及短路过渡两种熔化极惰性气体保护电弧沉积的基本工艺方法,在获得沉积层组织演变规律的基础上,选用CMT技术在薄板上电弧沉积锡青铜以获得铜/钢双金属带材,解决了大宽厚比沉积层熔覆的稀释率和气孔等问题。最后在铜合金上CMT沉积了锡基合金,制备了“钢背/铜合金/锡基合金”的多层耐磨材料。主要研究结果如下:CMT工艺下,由于热输入量低,Fe的稀释现象不明显。但采用短路过渡工艺沉积时,各成分沉积层都有明显的Fe元素稀释现象。由于Fe在铜中的溶解度较低,在沉积层中以颗粒形式析出。三种成分的沉积层中,Fe在CuSn8Al0.5中扩散的速度最快,形成的颗粒相最多。在厚板上沉积铜合金时,S215铝青铜由于流动性好,沉积层不会产生气孔。SCu5210锡青铜在采用CMT工艺时,由于热输入小,冷却速度快...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
巴氏合金工作示意图
第一章绪论3质相SnSb以及弥散分布在软基体中的铜锡合金η硬质相Cu6Sn5[8-9]。常见的锡基巴氏合金金相组织形态如图1.2所示，可以看到，在黑色的软基体α相中弥散地分布着方形或多边形的β硬质相和细针状或星状的η相，其中α固溶体相是一种尺寸为0.5-1μm的亚微晶结构，β硬质相的尺寸为100-200μm[10]。表1.1常用锡基巴氏合金轴瓦材料及其基本特性材料牌号硬度（HBS）摩擦相容性摩擦顺应性耐蚀性耐疲劳性ZSnSb11Cu6Cd134优优优劣ZSnSb11Cu627ZSnSb8Cu424ZSnSb4Cu420图1.2常见锡基巴氏合金金相组织图（a）α固溶体相+β硬质相SnSb+η硬质相Cu6Sn5；（b）放大的α固溶体相在锡基巴氏合金中，Cu6Sn5和SnSb占合金整个体积的15~30%为宜；过少，硬度骨架作用较差，合金较软，机械强度不足，受压时合金易于产生变形甚至被压塌；过多，合金变得硬而脆，塑性韧性不足，在交变和冲击载荷作用下，合金容易脆裂和剥落，使轴瓦使用寿命缩短；另外，硬相过多，还会给合金与基底材料的结合强度带来不良影响[11]。1.2.2铝基合金铝基合金具有较高的力学性能、热传导性和良好的耐腐蚀性，且自然界储量丰富、价格低廉，但膨胀系数大，抗咬粘性差，因而适用于轻载发动机滑动轴承材料。铝基滑动轴承材料的种类丰富，根据合金所含元素种类及含量不同可分为：高锡铝合金（Sn≥20%）、中锡铝合金（6％<Sn<20％）、低锡铝合金（Sn≤6％）、铝（锡）硅合金、铝铅合金，和铝锌合金等。目前，铝基合金轴承材料的无铅化已经取得良好的进展，特别是在汽油发动机领域铝基轴瓦已经占有绝对的优势地位[12]。但是铝基合金本身承载能力低的缺陷一直不能满足重载、高比压的滑动轴承的需要，因此具有更高承载能力的铜基滑动轴承材料需要更多的关注与研究。
出现，现在应用也在逐渐减少。采用硬质颗粒弥散强化，改善材料结晶取向，进一步提高涂层性能的材料系列不断被开发应用。20世纪80年代[21]德国开发成功Al-20Sn的表面喷涂薄膜，因为这种喷涂薄膜是具有非常细微晶体组织的Al-Sn合金，与铅系软金属涂层材料相比，承载能力更高，疲劳寿命更长，具有更加优良的耐磨性、耐腐蚀性，在大型重载柴油发动机轴承中得到应用。为了与国家节约稀有资源、保护环境的政策保持一致，避开有毒的铅，节约昂贵的锡基合金，本次研究主要着眼于开发一种“钢背/铜合金/锡基合金”的梯度耐磨材料（如图1.3所示）。将铜合金的高承载力、较高的疲劳强度与锡基合金优良的嵌藏性、顺应性、抗咬粘性结合在一起，制备一种高性能的轴瓦材料。图1.3轴瓦结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]柳钢轧机托架体Q345钢基体上铝青铜的焊接工艺[J]. 杨华,刘凤伟,陈君,吕海军. 装备制造技术. 2016(12)
[2]CMT焊接技术实例[J]. 张永顺,沈州. 汽车与配件. 2015(06)
[3]巴氏合金性能与分析[J]. 孙艳明. 广东化工. 2012(01)
[4]CMT工艺应用及其研究现状[J]. 杨晓锋,王顺尧,张超,张海燕,姚婷婷,刘志兵,张江伟. 产业与科技论坛. 2011(15)
[5]CMT焊接技术的发展现状[J]. 张满,李年莲,吕建强,徐鸿宾. 焊接. 2010 (12)
[6]无铅的铜铋轴承材料摩擦学特性研究[J]. 尹延国,林福东. 金属功能材料. 2010(05)
[7]中碳钢的焊接[J]. 电焊机. 2010(01)
[8]国内外汽车滑动轴承材料发展现状及趋势[J]. 蒋玉琴. 汽车工艺与材料. 2009(03)
[9]堆焊铜合金/35CrMnSiA接头的界面结构特征[J]. 吕世雄,杨士勤,王海涛,薛承博. 焊接学报. 2007(02)
[10]内燃机滑动轴承性能正交试验方法研究[J]. 刘剑,张卫正,周佑君. 润滑与密封. 2006(01)
本文编号：3332510
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
巴氏合金工作示意图
第一章绪论3质相SnSb以及弥散分布在软基体中的铜锡合金η硬质相Cu6Sn5[8-9]。常见的锡基巴氏合金金相组织形态如图1.2所示，可以看到，在黑色的软基体α相中弥散地分布着方形或多边形的β硬质相和细针状或星状的η相，其中α固溶体相是一种尺寸为0.5-1μm的亚微晶结构，β硬质相的尺寸为100-200μm[10]。表1.1常用锡基巴氏合金轴瓦材料及其基本特性材料牌号硬度（HBS）摩擦相容性摩擦顺应性耐蚀性耐疲劳性ZSnSb11Cu6Cd134优优优劣ZSnSb11Cu627ZSnSb8Cu424ZSnSb4Cu420图1.2常见锡基巴氏合金金相组织图（a）α固溶体相+β硬质相SnSb+η硬质相Cu6Sn5；（b）放大的α固溶体相在锡基巴氏合金中，Cu6Sn5和SnSb占合金整个体积的15~30%为宜；过少，硬度骨架作用较差，合金较软，机械强度不足，受压时合金易于产生变形甚至被压塌；过多，合金变得硬而脆，塑性韧性不足，在交变和冲击载荷作用下，合金容易脆裂和剥落，使轴瓦使用寿命缩短；另外，硬相过多，还会给合金与基底材料的结合强度带来不良影响[11]。1.2.2铝基合金铝基合金具有较高的力学性能、热传导性和良好的耐腐蚀性，且自然界储量丰富、价格低廉，但膨胀系数大，抗咬粘性差，因而适用于轻载发动机滑动轴承材料。铝基滑动轴承材料的种类丰富，根据合金所含元素种类及含量不同可分为：高锡铝合金（Sn≥20%）、中锡铝合金（6％<Sn<20％）、低锡铝合金（Sn≤6％）、铝（锡）硅合金、铝铅合金，和铝锌合金等。目前，铝基合金轴承材料的无铅化已经取得良好的进展，特别是在汽油发动机领域铝基轴瓦已经占有绝对的优势地位[12]。但是铝基合金本身承载能力低的缺陷一直不能满足重载、高比压的滑动轴承的需要，因此具有更高承载能力的铜基滑动轴承材料需要更多的关注与研究。
出现，现在应用也在逐渐减少。采用硬质颗粒弥散强化，改善材料结晶取向，进一步提高涂层性能的材料系列不断被开发应用。20世纪80年代[21]德国开发成功Al-20Sn的表面喷涂薄膜，因为这种喷涂薄膜是具有非常细微晶体组织的Al-Sn合金，与铅系软金属涂层材料相比，承载能力更高，疲劳寿命更长，具有更加优良的耐磨性、耐腐蚀性，在大型重载柴油发动机轴承中得到应用。为了与国家节约稀有资源、保护环境的政策保持一致，避开有毒的铅，节约昂贵的锡基合金，本次研究主要着眼于开发一种“钢背/铜合金/锡基合金”的梯度耐磨材料（如图1.3所示）。将铜合金的高承载力、较高的疲劳强度与锡基合金优良的嵌藏性、顺应性、抗咬粘性结合在一起，制备一种高性能的轴瓦材料。图1.3轴瓦结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]柳钢轧机托架体Q345钢基体上铝青铜的焊接工艺[J]. 杨华,刘凤伟,陈君,吕海军. 装备制造技术. 2016(12)
[2]CMT焊接技术实例[J]. 张永顺,沈州. 汽车与配件. 2015(06)
[3]巴氏合金性能与分析[J]. 孙艳明. 广东化工. 2012(01)
[4]CMT工艺应用及其研究现状[J]. 杨晓锋,王顺尧,张超,张海燕,姚婷婷,刘志兵,张江伟. 产业与科技论坛. 2011(15)
[5]CMT焊接技术的发展现状[J]. 张满,李年莲,吕建强,徐鸿宾. 焊接. 2010 (12)
[6]无铅的铜铋轴承材料摩擦学特性研究[J]. 尹延国,林福东. 金属功能材料. 2010(05)
[7]中碳钢的焊接[J]. 电焊机. 2010(01)
[8]国内外汽车滑动轴承材料发展现状及趋势[J]. 蒋玉琴. 汽车工艺与材料. 2009(03)
[9]堆焊铜合金/35CrMnSiA接头的界面结构特征[J]. 吕世雄,杨士勤,王海涛,薛承博. 焊接学报. 2007(02)
[10]内燃机滑动轴承性能正交试验方法研究[J]. 刘剑,张卫正,周佑君. 润滑与密封. 2006(01)
本文编号：3332510
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