高温合金表面镍基复合镀层的制备及性能研究

发布时间：2017-10-28 14:35

  本文关键词：高温合金表面镍基复合镀层的制备及性能研究

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【摘要】：高温合金是一种可以在持续高温下使用的金属材料,其本身具有很多优良的特性,如抗高温氧化腐蚀、抗热疲劳性能、良好的热塑性、耐应力腐蚀等,在航空发动机、燃气轮机及烟气轮机等部位应用广泛。在较长的使用时间与严苛的使用环境下,其本身会发生力学性能的退化、氧化腐蚀、疲劳及高温蠕变等退化。复合镀是基于电镀技术发展而来的一种增强金属表面硬度及耐磨性等的技术。为提高高温合金本身硬度、耐磨性与热性能,使用复合镀技术在其表面生成一层沉积层。使用正交试验与单因素试验确定了复合镀的工艺条件。当电镀温度为40℃,电流密度为4A/dm2,搅拌速率为200r/min,颗粒添加量为5g/L,时间宜选择70min时镀层的硬度最大,为642.6HV。通过极差分析与方差分析知,温度对试验结果有显著性影响,过高的温度不利于镀层硬度的提升。通过对颗粒添加量与时间的单因素探讨得知,颗粒的沉积符合两步沉积理论,后期颗粒的沉积速率变慢。通过金相分析得知,闪镀工艺对镀层的结合力至关重要,同时闪镀层可以使镀层表面更加平整、光亮。复合镀层与光亮镀镍层的硬度、耐蚀性优于高温合金本身。对比复合镀层与镀镍层的显微形貌,发现同样的电镀工艺下,复合镀层比镀镍层拥有更小的晶粒尺寸,这是其硬度提升的因素之一。复合镀层与镀镍层磨损方式不同,复合镀层磨损为粘着磨损而镀镍层为挤压磨损。比较镀镍层与复合镀的耐蚀性发现,二者耐蚀性优于高温合金,且具有更小的腐蚀速率,一周期盐雾试验后,腐蚀面积更小。通过热处理能提高镀层表面硬度却降低了镀层表面耐蚀性。通过XRD测试发现,镀层在200℃热处理过程中,晶粒有所细化,为15.40nm,在此过程中硬度得到加强,增大至672.4HV。温度继续增加,晶粒变大,400℃时增大至47.15nm。热处理时间过长导致镀层表面发生轻微氧化,热处理2h时的硬度最大。300次热疲劳后镀层表面没有发生断裂、脱落说明镀层热性能良好。
【关键词】：高温合金 复合镀 硬度 耐磨性 热性能
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 高温合金简介11-12
• 1.2 高温合金的分类12-14
• 1.3 高温合金的应用14-16
• 1.3.1 电力系统中的应用14-15
• 1.3.2 油气开采中的应用15
• 1.3.3 煤的汽化15-16
• 1.3.4 节能减排16
• 1.3.5 国防用高温合金16
• 1.4 高温合金的退化机制16-19
• 1.4.1 力学性能16-17
• 1.4.2 氧化腐蚀行为17-18
• 1.4.3 疲劳行为18
• 1.4.4 高温蠕变18-19
• 1.5 强化与表面处理19-22
• 1.5.1 强化19-20
• 1.5.2 表面处理20-22
• 1.6 高温合金表面复合镀镍22-27
• 1.6.1 复合镀技术22
• 1.6.2 复合镀的研究进展22-23
• 1.6.3 复合镀镍23-24
• 1.6.4 复合镀层应用24-27
• 1.7 本课题研究目的27-29
• 第2章 实验材料及方法29-38
• 2.1 实验材料29-30
• 2.1.1 试验用试剂29
• 2.1.2 试验用材料29-30
• 2.2 实验仪器与设备30-31
• 2.3 实验过程31-33
• 2.3.1 实验装置31-32
• 2.3.2 实验流程32-33
• 2.4 镀镍配方及工艺参数33-34
• 2.5 镀层的表征及性能测试34-38
• 2.5.1 镀层的结合力测试34
• 2.5.2 镀层显微硬度34-35
• 2.5.3 颗粒在镀层中含量35
• 2.5.4 镀层表面形貌35
• 2.5.5 镀层耐磨性35-36
• 2.5.6 镀层耐蚀性36
• 2.5.7 镀层的结构36
• 2.5.8 镀层的热性能36-38
• 第3章 复合镀工艺与镀层性能研究38-60
• 3.1 复合镀工艺探讨38-43
• 3.1.1 正交实验设计38-40
• 3.1.2 极差分析40-41
• 3.1.3 方差分析41-43
• 3.2 颗粒添加量与电镀时间对性能的影响43-57
• 3.2.1 颗粒添加量对性能的影响43-51
• 3.2.2 电镀时间对镀层性能影响51-57
• 3.3 镀层结合力57-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第4章 光亮镀镍层与复合镀的性能比较60-67
• 4.1 形貌60-61
• 4.2 显微硬度61
• 4.3 摩擦磨损61-62
• 4.4 耐蚀性62-66
• 4.4.1 腐蚀形貌62-65
• 4.4.2 电化学分析65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 复合镀层热处理及热疲劳67-78
• 5.1 热处理温度67-73
• 5.2 保温时间73-75
• 5.3 热疲劳性能75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果86-87
• 致谢87-88

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