激光熔覆制备WC/Co-Cr复合涂层及其高温磨损与高温氧化特性研究
发布时间：2024-02-04 00:48
高温磨损是热作模具、热轧辊、发动机缸套、气门座等重要机械设备和零部件的常见失效形式。通过激光熔覆工艺制备的Co基耐磨合金涂层可以延长这类机械零部件的服役寿命,随着工业生产的大规模化和技术更新换代的进一步加快,上述机械设备与零部件的服役状态变得更加苛刻,因此要求材料具有更加优异的力学性能、抗氧化性能和耐磨性能,特别是耐高温磨损性能,才能保障机械设备和零部件的稳定长效运行。因此,单一的Co基合金涂层已经难以满足严苛的工况要求,研发高性能耐高温磨损和氧化的复合涂层成为现代制造业迫切的需要。已有的生产实践和科学研究显示,通过激光熔覆工艺将WC合金粉末作为强化相添加到Ni基合金涂层中可以增强熔覆层的耐磨性,近年来采用激光熔覆方法在Co基合金中添加强化相WC制备WC/Co耐高温磨损涂层的研究虽有一些报道,但与Ni基合金涂层相比,研究工作还不充分,特别是关于WC/Co-Cr复合涂层的熔覆工艺优化与高温环境下的涂层性能变化规律的研究则更为少见,因此,探索高品质耐高温磨损的WC/Co-Cr复合涂层的制备技术和揭示涂层的耐高温磨损与氧化机制是一项具有科学意义和应用前景的工作。本文的主要工作体现在:激光熔覆...
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 摩擦磨损问题
1.2.1 模具失效现象
1.2.2 摩擦磨损过程原理
1.2.3 摩擦磨损影响因素
1.2.4 金属材料摩擦磨损治理
1.3 激光熔覆技术
1.3.1 激光熔覆技术简介
1.3.2 激光熔覆技术的沿革历程及应用
1.3.3 激光熔覆材料
1.3.4 激光熔覆工艺
1.4 激光熔覆涂层研究现状
1.4.1 组织结构特征
1.4.2 熔覆层性能研究现状
1.4.3 发展动向
1.5 研究目的和内容
第二章 试验方案设计
2.1 研究思路与途径
2.1.1 研究思路
2.1.2 研究途径
2.2 实验材料及加工
2.2.1 45钢
2.2.2 H13钢
2.2.3 前处理
2.3 涂层制备方法
2.3.1 原材料
2.3.2 激光熔覆设备及参数
2.3.3 正交设计
2.3.4 评定分析方法
2.4 测试方法
2.4.1 组织成分分析方法
2.4.2 常温耐磨性测试方法
2.4.3 高温耐磨性测试方法
2.4.4 磨痕的XPS分析
2.4.5 磨屑的铁谱分析
2.4.6 高温抗氧化性测试方法
2.5 小结
第三章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的工艺优化
3.1 引言
3.2 激光熔覆涂层的制备工艺参数优化
3.2.1 10 wt.% WC熔覆工艺
3.2.2 20 wt.% WC熔覆工艺
3.3 工艺参数对涂层品质的影响
3.4 涂层组织、成分与物相分析
3.5 涂层精细组织的透射电镜分析
3.5.1 FIB制样
3.5.2 涂层的精细组织
3.6 涂层与45钢基体的界面结构
3.7 本章小结
第四章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的常温滑动磨损特性
4.1 引言
4.2 WC含量对熔覆层硬度分布的影响
4.3 涂层的常温滑动摩擦磨损特性
4.3.1 摩擦因数分析
4.3.2 磨损量分析
4.3.3 磨损形貌分析
4.4 本章小结
第五章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的高温滑动磨损特性
5.1 引言
5.2 不同温度下涂层的磨损行为
5.2.1 不同温度下涂层的磨损量
5.2.2 不同温度下涂层的摩擦因数与H13钢对比
5.2.3 不同温度下涂层与H13钢的磨损面形貌分析
5.2.4 磨痕的XPS分析
5.2.5 磨屑的的铁谱仪分析
5.2.6 磨屑的扫描电镜与能谱分析
5.3 不同载荷下涂层的高温滑动磨损行为
5.3.1 不同载荷下涂层的磨损量
5.3.2 不同载荷下涂层的摩擦因数
5.3.3 不同载荷下涂层的磨损面形貌
5.3.4 不同载荷下涂层磨损面的成分分析
5.4 本章小结
第六章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的高温抗氧化性能
6.1 引言
6.2 实验方法
6.3 熔覆前后微观特征
6.4 复合涂层抗氧化性能
6.4.1 增重速率分析
6.4.2 高温氧化形貌分析
6.4.3 高温氧化前后显微硬度分析
6.4.4 高温氧化前后物相分析
6.4.5 热重分析
6.5 本章小结
结论
本文的主要创新之处
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
致谢
本文编号：3894919
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 摩擦磨损问题
1.2.1 模具失效现象
1.2.2 摩擦磨损过程原理
1.2.3 摩擦磨损影响因素
1.2.4 金属材料摩擦磨损治理
1.3 激光熔覆技术
1.3.1 激光熔覆技术简介
1.3.2 激光熔覆技术的沿革历程及应用
1.3.3 激光熔覆材料
1.3.4 激光熔覆工艺
1.4 激光熔覆涂层研究现状
1.4.1 组织结构特征
1.4.2 熔覆层性能研究现状
1.4.3 发展动向
1.5 研究目的和内容
第二章 试验方案设计
2.1 研究思路与途径
2.1.1 研究思路
2.1.2 研究途径
2.2 实验材料及加工
2.2.1 45钢
2.2.2 H13钢
2.2.3 前处理
2.3 涂层制备方法
2.3.1 原材料
2.3.2 激光熔覆设备及参数
2.3.3 正交设计
2.3.4 评定分析方法
2.4 测试方法
2.4.1 组织成分分析方法
2.4.2 常温耐磨性测试方法
2.4.3 高温耐磨性测试方法
2.4.4 磨痕的XPS分析
2.4.5 磨屑的铁谱分析
2.4.6 高温抗氧化性测试方法
2.5 小结
第三章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的工艺优化
3.1 引言
3.2 激光熔覆涂层的制备工艺参数优化
3.2.1 10 wt.% WC熔覆工艺
3.2.2 20 wt.% WC熔覆工艺
3.3 工艺参数对涂层品质的影响
3.4 涂层组织、成分与物相分析
3.5 涂层精细组织的透射电镜分析
3.5.1 FIB制样
3.5.2 涂层的精细组织
3.6 涂层与45钢基体的界面结构
3.7 本章小结
第四章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的常温滑动磨损特性
4.1 引言
4.2 WC含量对熔覆层硬度分布的影响
4.3 涂层的常温滑动摩擦磨损特性
4.3.1 摩擦因数分析
4.3.2 磨损量分析
4.3.3 磨损形貌分析
4.4 本章小结
第五章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的高温滑动磨损特性
5.1 引言
5.2 不同温度下涂层的磨损行为
5.2.1 不同温度下涂层的磨损量
5.2.2 不同温度下涂层的摩擦因数与H13钢对比
5.2.3 不同温度下涂层与H13钢的磨损面形貌分析
5.2.4 磨痕的XPS分析
5.2.5 磨屑的的铁谱仪分析
5.2.6 磨屑的扫描电镜与能谱分析
5.3 不同载荷下涂层的高温滑动磨损行为
5.3.1 不同载荷下涂层的磨损量
5.3.2 不同载荷下涂层的摩擦因数
5.3.3 不同载荷下涂层的磨损面形貌
5.3.4 不同载荷下涂层磨损面的成分分析
5.4 本章小结
第六章 激光熔覆WC/Co-Cr复合涂层的高温抗氧化性能
6.1 引言
6.2 实验方法
6.3 熔覆前后微观特征
6.4 复合涂层抗氧化性能
6.4.1 增重速率分析
6.4.2 高温氧化形貌分析
6.4.3 高温氧化前后显微硬度分析
6.4.4 高温氧化前后物相分析
6.4.5 热重分析
6.5 本章小结
结论
本文的主要创新之处
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
致谢
本文编号：3894919
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