水环境下几种典型等离子喷涂涂层摩擦学性能研究

发布时间：2017-08-01 01:16

  本文关键词：水环境下几种典型等离子喷涂涂层摩擦学性能研究

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【摘要】：水环境中运行的许多机械,如水泵的泵轴等常因磨损而提前失效,通过表面处理技术在易磨损部件的表面制备耐磨涂层已经被证明能有效提高其服役寿命。本论文采用等离子喷涂技术在316L不锈钢基体上制备了Al_2O_3-TiO_2、NiCrBSi(Ni60AA)、WC/NiCrBSi(WC含量30wt.%,标记为30WC)涂层,并对NiCrBSi、WC/NiCrBSi涂层进行高温热处理(依次标记为Ni60AAT,30WCT),在实验室条件下研究了Al_2O_3-TiO_2、NiCrBSi、WC/NiCrBSi及热处理后的NiCrBSi、WC/NiCrBSi涂层在空气和去离子水环境下的摩擦磨损性能和失效机制,同时结合涂层微观结构、力学性能如硬度等将涂层的摩擦磨损机理做了较深层次的研究,并得到如下结果:1.等离子喷涂法制备的Al_2O_3-xTiO_2(x=0%,3%,13%,20%,40%,且依次标记为涂层A,AT3,AT14,AT20,AT40)涂层与基体结合良好,涂层厚度在100~200μm之间。随氧化钛含量的增加,涂层主要相结构由γ-Al_2O_3相向Al_2TiO_5相过渡;涂层显微硬度由纯Al_2O_3涂层的1274.4Hv_(0.5)逐渐减小到AT40涂层的708.9Hv_(0.5);Al_2O_3-TiO_2复合涂层的孔隙率随氧化钛含量的增加渐渐减小。2.大气环境条件下,AT3涂层表现出最佳减磨性和耐磨性,摩擦因数为0.55,体积磨损率为5.16×10~(-6)mm~3·N~(-1)m~(-1)。Al_2O_3、AT3涂层发生应力疲劳磨损;而AT13、AT20、AT40涂层发生应变疲劳磨损。水环境条件下,Al_2O_3涂层表现出最佳减磨性,摩擦因数为0.34,AT20涂层表现出最佳耐磨性,磨损率为3.53×10~(-6)mm~3·N~(-1)m~(-1)。水环境下五种复合陶瓷涂层都发生应力疲劳磨损;3.Ni60AA涂层主要由γ-Ni、CrB、Cr_7C_3和Cr_(23)C_6相组成,而经过980℃保温20min高温处理后的Ni60AA涂层的硬质析出相主要由Cr_(23)C_6组成,且涂层内部层状堆积机构消失。热处理后的Ni60AAT和30WCT涂层比热处理前相应涂层硬度提高,孔隙率降低。4.热处理后的涂层比热处理前相应涂层耐磨性得到提升,两种环境下,30WCT涂层都表现出最佳耐磨性。大气环境条件下,与GCr15对磨时,Ni60AA和30WC涂层主要发生疲劳磨损,热处理后的Ni60AAT和30WCT涂层主要发生粘着磨损;与Si_3N_4小球配对时,四种涂层的磨损机制主要为发生疲劳磨损。水环境下,与GCr15对磨时,Ni60AA和30WC涂层发生疲劳磨损,而Ni60AAT和30WCT涂层主要发生轻微粘着磨损;与Si_3N_4小球配对时Ni60AA涂层的磨损机制主要为发生疲劳磨损,30WC涂层磨损主要是以WC颗粒层的疲劳剥落为主;而30WCT和Ni60AAT涂层主要发生粘着磨损。
【关键词】：耐磨涂层 等离子喷涂 显微组织结构 机械性能 摩擦学性能
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 耐磨涂层研究现状11-15
• 1.2.1 金属和合金耐磨材料11-12
• 1.2.2 陶瓷耐磨涂层材料12-14
• 1.2.2.1 碳化物陶瓷耐磨涂层材料12-13
• 1.2.2.2 氧化物陶瓷耐磨涂层材料13-14
• 1.2.2.3 氮化物陶瓷耐磨涂层材料14
• 1.2.3 硬质颗粒增强金属基复合耐磨涂层材料14-15
• 1.2.4 其它耐磨涂层材料15
• 1.3 耐磨涂层的制备方法及研究现状15-18
• 1.3.1 热喷涂耐磨涂层的粉末制备方法15-16
• 1.3.2 耐磨涂层的制备技术16-18
• 1.4 等离子喷涂技术18-21
• 1.4.1 等离子喷涂基本知识18-19
• 1.4.2 等离子喷涂工艺原理19-20
• 1.4.3 等离子喷涂主要工艺参数20-21
• 1.5 课题研究内容21-23
• 第二章 实验材料和实验方法23-30
• 2.1 实验材料23-25
• 2.1.1 基材23
• 2.1.2 涂层材料23-25
• 2.1.3 其它材料25
• 2.2 样品制备25-26
• 2.2.1 混合喷涂粉末制备25
• 2.2.2 涂层制备25-26
• 2.2.3 热处理涂层制备26
• 2.3 粉末及涂层组织结构分析方法26-27
• 2.3.1 涂层孔隙率26-27
• 2.3.2 粉末、涂层XRD物相结构分析27
• 2.3.3 涂层表面、断面、截面及金相腐蚀SEM分析27
• 2.4 涂层力学性能测试方法27-30
• 2.4.1 涂层显微硬度测定28
• 2.4.2 涂层截面纳米压痕测定28
• 2.4.3 涂层摩擦磨损试验方法28-29
• 2.4.4 磨损率计算29-30
• 第三章 等离子喷涂复合材料涂层的组织结构和性能特点30-44
• 3.1 Al_2O_3-TiO_2喷涂粉末特点30
• 3.2 Al_2O_3-TiO_2涂层组织结构和硬度30-36
• 3.2.1 Al_2O_3-TiO_2涂层XRD物相检测结果30-31
• 3.2.2 Al_2O_3-TiO_2涂层表面SEM形貌31-32
• 3.2.3 Al_2O_3-TiO_2涂层截面SEM形貌32-33
• 3.2.4 Al_2O_3-TiO_2涂层断面SEM形貌33-34
• 3.2.5 Al_2O_3-TiO_2涂层显微硬度34-35
• 3.2.6 Al_2O_3-TiO_2涂层孔隙率35-36
• 3.3 Ni基混合喷涂粉末特点36
• 3.4 等离子喷涂及热处理后（NiCrBSi、WC /NiCrBSi）涂层组织结构及硬度36-42
• 3.4.1 涂层XRD物相检测结果36-37
• 3.4.2 涂层表面SEM分析37-38
• 3.4.3 涂层截面及金相腐蚀SEM分析38-40
• 3.4.4 涂层显微硬度40-41
• 3.4.5 涂层孔隙率41
• 3.4.6 涂层纳米压痕硬度及弹性模量41-42
• 3.5 小结42-44
• 第四章 等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2复合涂层的摩擦磨损性能44-51
• 4.1 摩擦系数与磨损率44-45
• 4.2 磨痕形貌分析45-49
• 4.2.1 干摩擦磨痕形貌分析45-46
• 4.2.2 水环境下磨痕形貌分析46-49
• 4.3 小结49-51
• 第五章 等离子喷涂及热处理后Ni基涂层的摩擦磨损性能51-62
• 5.1 干摩擦下等离子喷涂及热处理后NiCrBSi、WC /NiCrBSi涂层摩擦磨损性能51-55
• 5.1.1 摩擦系数与磨损率51-52
• 5.1.2 磨痕形貌分析52-55
• 5.2 水环境下等离子喷涂及热处理后NiCrBSi、WC /NiCrBSi涂层摩擦磨损性能55-59
• 5.2.1 摩擦系数与磨损率55-57
• 5.2.2 磨痕形貌分析57-59
• 5.3 小结59-62
• 第六章 结束语62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间的研究成果70-71

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本文编号：601924