炮钢表面电火花沉积MCrAlY性能的研究

发布时间：2017-09-17 01:09

  本文关键词：炮钢表面电火花沉积MCrAlY性能的研究

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【摘要】：现代火炮的不断发展进步对身管的耐磨损和抗高温性能提出了更高的要求。为了提升身管的性能和使用寿命,本文采用电火花沉积技术在PCrNi3MoVA钢基体表面沉积NiCrAlY涂层,并引入PCrNi3MoVA、W-Ni-Fe两种电极研究了两极质量转移规律。根据火炮身管的实际工况,运用纳米压痕仪、高速往复式摩擦磨损试验机对试样进行摩擦磨损试验。采用不连续称重恒温氧化法,依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测试方法》以及参考HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性能测定试验方法》对试样进行900℃×100h恒温抗氧化试验。利用SEM、XRD、EDS等分析测试手段,对试样的原始微观结构、摩擦磨损和氧化后的形貌、氧化物组成等进行分析,为MCrAlY涂层在火炮身管上的应用奠定理论基础。在NiCrAlY、PCrNi3MoVA、W-Ni-Fe三种阳极材料的两极质量转移规律中,阳极的电蚀量与其熔点呈反比关系,NiCrAlY电极具有较低的熔点,故具有较大的电蚀量。三种电极材料的质量转移系数表明NiCrAlY电极的沉积效率高,具有堆焊和修复的效果。电火花沉积的NiCrAlY涂层连续、致密,并与基体冶金结合。涂层主要由基体元素Fe与电极元素Ni、Cr、Al相互熔合而成,为柱状细晶组织,相组成为β-NiAl和γ-Ni两相共存。NiCrAlY涂层的硬度较基体的硬度提高了22%,弹性模量比基体的小。在摩擦磨损试验中,涂层较基体在相同往复速度上具有更低的摩擦系数,且随着摩擦速度的增加,涂层的摩擦系数减小。基体主要磨损机制为严重的塑性流动和磨料磨损,而NiCrAlY涂层的磨损机制主要是微切削磨料磨损。基体试样在空气中900℃下氧化100h后发生严重氧化,涂层试样属于完全抗氧化级别。基体和涂层的氧化动力学曲线均近似服从抛物线规律,但涂层增重仅为基体增重的1/135。基体表面生成了呈稀疏分层结构的Fe_2O_3、Fe_3O_4和FeO三层氧化膜,并与基体发生剥落分离现象。涂层表面生成了连续、完整、致密的Al_2O_3氧化膜,提高了基体的抗氧化性能。
【关键词】：电火花 MCrAlY涂层 摩擦磨损 高温氧化
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ301;TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 火炮身管延寿国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国内研究现状13-14
• 1.2.2 国外研究现状14-18
• 1.3 电火花沉积技术18-22
• 1.3.1 技术原理18-20
• 1.3.2 发展历程及应用现状20-22
• 1.4 MCrAlY涂层22-25
• 1.5 本课题的主要研究内容25-26
• 第2章 试验材料与方法26-34
• 2.1 试验材料26-27
• 2.2 涂层的制备27-28
• 2.3 硬度和弹性模量的测定28
• 2.4 摩擦磨损试验28-29
• 2.5 高温氧化试验29-31
• 2.6 样品分析测试方法31-34
• 2.6.1 扫描电子显微镜（SEM）31-32
• 2.6.2 X射线衍射分析（XRD）32-33
• 2.6.3 X射线能谱分析(EDS)33-34
• 第3章 PCrNi3MoVA表面电火花沉积NiCrAlY涂层的质量转移规律和组织结构34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 质量转移规律34-41
• 3.2.1 质量转移系数35-36
• 3.2.2 试验设计36
• 3.2.3 试验结果及讨论36-41
• 3.3 涂层的表面形貌41-42
• 3.4 涂层的截面形貌42-44
• 3.5 涂层的相结构44
• 3.6 本章小结44-46
• 第4章 PCrNi3MoVA表面电火花沉积NiCrAlY涂层的摩擦磨损性能46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 PCrNi3MoVA钢和NiCrAlY涂层的硬度及弹性模量46-48
• 4.3 PCrNi3MoVA钢和NiCrAlY涂层的摩擦磨损性能48-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 PCrNi3MoVA表面电火花沉积NiCrAlY涂层的氧化性能53-61
• 5.1 引言53
• 5.2 氧化动力学曲线53-54
• 5.3 氧化的产物54-55
• 5.4 炮钢氧化形貌55-56
• 5.5 涂层氧化形貌56-57
• 5.6 讨论57-59
• 5.7 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果68-69
• 致谢69-70

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本文编号：866367