液相脉冲放电制备Cr-C表面改性层及其滑动磨损特性研究

发布时间：2017-06-29 21:07

  本文关键词：液相脉冲放电制备Cr-C表面改性层及其滑动磨损特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属碳化物作为一种硬质相常被用于改善金属材料的耐磨性能,其中,铬的碳化物以其高熔点、高硬度以及良好的耐摩擦学特性等优越性能而受到人们的重视。液相脉冲放电沉积技术EDC(Electrical Discharge Coating Technology)是在传统的电火花加工技术的基础上发展起来的一种新的表面处理技术,其工作原理是利用脉冲放电产生的热量使工具电极材料、液相介质分解物和工件熔融材料在工件表面发生复杂的物理化学反应形成强化涂层,从而提高工件表面性能,以往的研究多集中在TiC类金属陶瓷涂层的制备与性能研究方面,采用液相脉冲放电沉积技术制备Cr-C表面改性层的研究还鲜见报道,本文通过设计正交实验考察脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等关键工艺参数对Cr-C表面改性层品质的影响规律,根据正交实验结果优化放电艺参数,采用粉末冶金半烧结法制备专用工具电极,并采用最优化工艺参数在45钢基体表面制备出Cr-C表面改性层。使用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)等手段对所制备改性层的组织特征、相结构以及化学成分进行了分析和表征；利用显微硬度计、涂层附着力划痕测试仪、材料表面性能综合测试仪等对改性层的力学性能及滑动磨损特性进行了检测与分析。研究了改性层在常温和高温下的滑动磨损特性并与纯铬粉混合压制半烧结体电极所制备的改性层进行了对比,探讨了两种不同电极成分所制备的改性层磨损性能的差异。所得出主要结论如下：1、通过正交实验分析方法分别获得了各因素对表面改性层的表面粗糙度、表面硬度和耐磨性的影响主次顺序。通过多指标正交实验综合平衡法的分析,获得了在综合考虑改性层的表面粗糙度、表面硬度和耐磨性等三个指标下所得到最好性能的最佳参数组合,即峰值电流为9A,脉冲宽度为8μs,脉冲间隙为100μs。2、在优化参数条件下,通过液相脉冲放电技术所制备的改性层得主要物相为Cr7C3相,同时含有少量的Fe-Cr和Cr相。Cr7C3相的选区电子衍射花样图谱展现出一系列明亮不连续的同心圆衍射环,呈现出细小多晶组织所具备的特征,且Cr7C3晶粒尺寸为纳米尺度。改性层表面平整,平均厚约20μm,硬度最高约为1550HV,且自表面至基体呈梯度减小趋势。改性层与基体之间存在元素互扩散,改性层与基体为冶金结合状态,结合力高达93.5N。3、利用液相脉冲放电技术,通过两种不同成分的专用电极所制备出来的金属表面Cr-C改性层(基体材料为45钢)进行摩擦磨损实验对比,结果表明：(1)在载荷为30N条件下,改性层A的摩擦系数基本稳定,磨损机制为轻微磨粒磨损；而改性层B摩擦系数则随着时间增加而上升,磨痕表面出现了局部剥落；当载荷为50N时,A、B两种改性层的摩擦系数和磨损量均随着载荷的增加而增加,但改性层A的增加幅值明显低于改性层B,改性层A的磨损机制为塑性变形和磨粒磨。改性层B的磨损机制为剧烈磨粒磨损并伴随局部剥落。(2)温度对两种Cr-C改性层的摩擦系数影响显著,摩擦系数随温度升高呈下降的趋势。在600℃条件下改性层A的摩擦系数最低,仅为0.10。两种Cr-C改性层的高温摩擦系数的变化与改性层的磨损行为有关。改性层A在300℃时,改性层的磨损方式主要表现为轻微磨粒磨损；而450℃条件下,主要表现为由氧化引起的腐蚀磨损和轻微粘着磨损；600℃条件下则为主要为由氧化引起的腐蚀磨损和氧化膜的部分变形与脱落。而对于改性层B,在300℃时,改性层的磨损方式主要表现为磨粒磨损；而450℃条件下,主要表现为由氧化引起的腐蚀磨损；600℃条件下则为主要为由氧化引起的腐蚀磨损和粘着磨损。
【关键词】：液相脉冲放电技术 Cr-C改性层 EDC电极 微观组织结构 常温滑动磨损 高温滑动磨损
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 研究背景及意义15-18
• 1.1.1 渗硼16
• 1.1.2 渗金属16-18
• 1.2 液相脉冲放电沉积技术18-19
• 1.3 国内外研究现状19-20
• 1.4 Cr-C改性层的制备方法20-23
• 1.4.1 物理气相沉积21-22
• 1.4.2 化学气相沉积22
• 1.4.3 热喷涂22-23
• 1.5 主要研究内容及技术路线23-25
• 第二章 实验材料、方法及设备介绍25-33
• 2.1 实验材料25-26
• 2.1.1 基体材料25
• 2.1.2 电极材料25
• 2.1.3 液相介质25-26
• 2.2 实验设备及仪器26-29
• 2.2.1 电极制备26-27
• 2.2.2 Cr-C改性层制备设备27-29
• 2.3 改性层的制备工艺29-30
• 2.4 改性层微观组织表征与性能检测30-33
• 第三章 Cr-C改性层实验研究与工艺优化33-48
• 概述33
• 3.1 液相脉冲放电技术制备Cr-C表面改性层的原理33-35
• 3.2 实验设计35
• 3.3 实验结果分析35-44
• 3.3.1 表面粗糙度分析35-37
• 3.3.2 改性层表面硬度分析37-39
• 3.3.3 改性层耐磨性分析39-44
• 3.4 最优化参数下改性层性能研究44-46
• 3.4.1 改性层表面粗糙度45
• 3.4.2 改性层表面硬度测试45-46
• 3.4.3 改性层表面耐磨性测试46
• 3.5 小结46-48
• 第四章 Cr-C表面改性层的微观组织结构及性能48-55
• 概述48
• 4.1 改性层表面、截面形貌及截面元素分布48-49
• 4.2 Cr-C改性层的物相分析49-50
• 4.3 TEM分析50-52
• 4.4 改性层的截面硬度分布52-53
• 4.5 改性层的结合力53-54
• 4.6 小结54-55
• 第五章 Cr-C改性层的常温滑动摩擦磨损性能55-67
• 概述55
• 5.1 摩擦磨损实验设计55-56
• 5.1.1 摩擦副的选择55-56
• 5.1.2 实验设备与方案56
• 5.2 摩擦系数分析56-58
• 5.3 磨损量分析58-60
• 5.4 改性层磨损机制研究60-65
• 5.5 小结65-67
• 第六章 Cr-C改性层的高温性能67-79
• 概述67-68
• 6.1 改性层高温摩擦磨损实验研究68-69
• 6.1.1 摩擦实验装置及实验方案68-69
• 6.1.2 实验步骤69
• 6.2 改性层高温磨损结果分析69-77
• 6.2.1 改性层摩擦系数分析69-71
• 6.2.2 改性层磨损量分析71-72
• 6.2.3 改性层磨痕形貌分析72-77
• 6.3 小结77-79
• 结论79-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间发表论文84-86
• 致谢86

【参考文献】

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