铝合金表面涂层搅拌摩擦加工作用机制和组织性能研究

发布时间：2017-08-28 00:02

  本文关键词：铝合金表面涂层搅拌摩擦加工作用机制和组织性能研究

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【摘要】：针对铝合金表面热喷涂涂层因涂层内部多孔疏松、结构不均匀、组织不致密等缺陷导致其力学性能较差,且涂层和基体无法良好结合等问题,本文工作使用搅拌摩擦加工技术对热喷涂涂层进行改性,以期能为相关研究工作提供参考帮助。实验使用无针平面搅拌头对铝合金表面热喷涂铝基l?T BOA i2 3 2复相涂层进行搅拌摩擦加工,控制单一变量,探索搅拌头旋转速度、水平进给速度、加工道次以及竖直下压力深对加工作用的影响规律,使用abaqus有限元模拟分析加工过程中的温度场和应力场,使用OM、SEM、EDS、TEM、粘结拉伸试验、维氏硬度计检测以及摩擦磨损试验等观察检测手段来进行实验分析,综合实验结果并参考相关文献资料,探究了搅拌摩擦加工的作用机制,得到了以下结论:(1)搅拌摩擦加工后,涂层发生组织转变,原始的疏松多层累积叠加结构消失、组织缺陷也随之消失,呈现均匀且致密的整体结构。加工后涂层的晶粒尺寸度达到了超细晶的程度。多道次加工过程中,涂层组织先后经历了:减薄压实—流线组织—动态再结晶—致密细晶组织,几个阶段的演变。加工后,涂层和基体通过固相焊合产生冶金结合,取代了原始的机械、物理式结合。因为涂层和基体间的融合,7075铝合金基体当中的Zn、Mg、Cu等合金元素扩散到涂层当中;(2)搅拌摩擦加工后,涂层的力学性能得到显著提高。细晶组织涂层显微硬度由平均72HV提高到269HV,压实组织平均硬度达到了85HV,流线组织的平均硬度达到了151HV。加工前,热喷涂涂层的平均结合强度为5.2MPa,涂层加工后的平均结合强度达到48.6MPa,结合强度显著提高。经过搅拌摩擦加工,涂层的耐磨性能得到了极大的提高,加工前涂层的平均磨损率为0.141g/h,加工后平均磨损率仅为0.00256g/h,加工后涂层的磨损率仅为加工前的1.8%。(3)搅拌摩擦加工技术是一种热机械加工变形技术,它有着优良的综合加工能力。加工过程中,原始组织晶粒内部发生了剧烈而繁复的位错运动。通过位错的移动,原始涂层晶粒被逐渐分割细化,从而实现涂层组织的转变。搅拌摩擦加工的热机械变形高温和高压为动态再结晶提供驱动力,高应变速率使细小晶粒得以保留,最终涂层组织发生演变,动态再结晶细小新晶粒取代原始组织。
【关键词】：搅拌摩擦加工 热喷涂涂层 铝合金 组织演变 超细晶
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 铝合金表面热喷涂处理10-13
• 1.3 搅拌摩擦加工13-17
• 1.3.1 搅拌摩擦加工对材料微观组织结构改性的研究现状14-15
• 1.3.2 搅拌摩擦加工对超塑性材料制备的研究现状15-16
• 1.3.3 搅拌摩擦加工对复合材料以及合金制备的研究现状16-17
• 1.4 课题介绍17-19
• 第2章 实验方案以及研究方法19-29
• 2.1 研究路线方案19-20
• 2.2 实验材料20
• 2.3 热喷涂涂层制备20-22
• 2.3.1 基体表面预处理20-21
• 2.3.2 火焰喷涂制备涂层21-22
• 2.4 搅拌摩擦加工22-26
• 2.4.1 搅拌摩擦加工实验设备22-23
• 2.4.2 搅拌头设计23-25
• 2.4.3 工艺参数设计25-26
• 2.5 有限元模拟分析26
• 2.6 分析测试方法26-29
• 2.6.1 金相试样制备27
• 2.6.2 金相组织观察27-28
• 2.6.3 加工前后涂层力学性能测试28-29
• 第3章 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工组织形貌29-44
• 3.1 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工后宏观形貌分析29-34
• 3.1.1 搅拌头下压力对涂层外观形貌的影响29-30
• 3.1.2 搅拌头行进速度对涂层外观形貌的影响30-32
• 3.1.3 搅拌头旋转速度对涂层外观形貌的影响32-33
• 3.1.4 加工道次对涂层外观形貌的影响33-34
• 3.2 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工后整体组织形貌34-36
• 3.3 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工后局部微观组织36-38
• 3.4 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工后界面组织分析38-39
• 3.5 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工中组织演变规律39-41
• 3.6 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工后元素分布41-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 铝合金表面复相涂层搅拌摩擦加工力学性能44-58
• 4.1 显微硬度44-48
• 4.1.1 显微硬度检测结果44-46
• 4.1.2 显微硬度结果分析46-48
• 4.2 结合强度48-54
• 4.2.1 结合强度检测结果48-50
• 4.2.2 结合强度结果分析50-54
• 4.3 耐磨性能54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 铝合金表面涂层搅拌摩擦加工作用机制58-71
• 5.1 剧塑性加工58-62
• 5.1.1 再结晶细化机制59
• 5.1.2 交替剪切机制59
• 5.1.3 位错细化机制59-60
• 5.1.4 孪晶细化机制60-61
• 5.1.5 晶界滑移和扭转机制61-62
• 5.1.6 增强体相细化机制62
• 5.2 搅拌摩擦加工与剧塑性加工62-63
• 5.3 ABAQUS有限元模拟63-67
• 5.3.1 建模过程63-64
• 5.3.2 模拟结果64-67
• 5.4 TEM微观组织分析67-69
• 5.5 搅拌摩擦加工作用机制分析69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录79

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本文编号：746389