镀钛铍青铜互扩散层表征与钛浓度分布计算机模拟

发布时间：2017-11-03 07:00

  本文关键词：镀钛铍青铜互扩散层表征与钛浓度分布计算机模拟

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【摘要】：本文针对铍青铜合金(QBe2.0)耐磨性差的问题,采用磁控溅射镀钛后高温热扩渗处理的方法制备了表面改性层,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜对镀Ti膜和改性层的表面及截面形貌进行了观察,采用能谱仪分析了元素分布,用X射线衍射法对相结构进行了分析,采取显微硬度测试和摩擦磨损试验对改性层的性能进行了表征与分析,并建立扩散模型,完成了钛浓度分布依不同实验参数变化的解析及数值模拟。使用磁控溅射方法可以制备出表面平整、致密,膜层厚度均匀,质量较高的Ti膜。镀Ti膜的成分为α-Ti,且在(002)晶面出现了择优生长。经热扩渗处理后的试样表面获得了主要相组成为Cu Ti2、Cu4Ti3、Cu3Ti2、Cu3Ti、Be3Ti2Cu的改性层。改性层表面质量良好,随着时间的增加和温度的升高,改性层中各组分含量呈现规律性变化。改性层的厚度随温度升高呈上升趋势,但是不与热扩渗时间正相关。Cu-Ti化合物组成的改性层明显提高了试样表面硬度,镀Ti膜厚度5.84μm的铍青铜合金经700℃热扩渗6h后,表面硬度达到了751HV0.010,摩擦系数和磨损率大幅降低。经改性后主要的改性层磨损机制以氧化磨损为主。对热扩渗处理后的试样进行标准工艺时效试验,改性层成分及硬度没有明显变化,基体层硬度由100 HV0.010左右提高到300 HV0.010以上。对镀Ti铍青铜在650℃、700℃、750℃三个温度下热扩散不同时间的Ti浓度分布建立物理模型,求解出数学解析解,并给出数值结果。将数值结果与5组实验结果对比,证实模拟结果与实验结果吻合度较高。
【关键词】：铍青铜 镀钛 热扩渗 Ti浓度分布 计算机模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.453
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 铜及铜合金表面改性研究进展9-10
• 1.3 Cu-Ti二元相图及其金属间化合物10-14
• 1.4 闭合场非平衡磁控溅射离子镀膜技术14-16
• 1.5 研究目的及研究内容16-17
• 1.5.1 研究目的及意义16
• 1.5.2 研究内容16-17
• 第2章 试验材料与方法17-24
• 2.1 试验材料17
• 2.2 试验设备17-19
• 2.3 试验工艺方案19-21
• 2.3.1 磁控溅射工艺19-20
• 2.3.2 镀Ti膜的热扩渗工艺20
• 2.3.3 时效处理工艺20-21
• 2.4 镀渗改性层组织结构分析21-22
• 2.4.1 改性层组织观察21
• 2.4.2 改性层相结构分析21-22
• 2.4.3 渗入元素成分分析22
• 2.5 镀渗改性层力学性能测试22-24
• 2.5.1 显微硬度测试22
• 2.5.2 摩擦学性能测试22-24
• 第3章 镀钛铍青铜Ti/Cu互扩散层组织结构研究24-50
• 3.1 铍青铜表面磁控溅射镀钛膜的组织结构24-26
• 3.1.1 镀钛膜表面形貌观察24
• 3.1.2 镀钛膜的相结构分析24-25
• 3.1.3 铍青铜与镀钛膜之间界面形貌25-26
• 3.2 工艺参数对互扩散层厚度及组织结构影响26-47
• 3.2.1 时间对互扩散层厚度及组织结构影响27-38
• 3.2.2 温度对互扩散层厚度与组织结构影响38-47
• 3.3 时效对互扩散层厚度及组织结构的影响47-49
• 3.3.1 时效对互扩散层表面相结构影响47-48
• 3.3.2 时效对互扩散层形貌及厚度影响48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 镀钛铍青铜Ti/Cu互扩散层性能研究50-63
• 4.1 热扩散与时效对表面硬度影响50-54
• 4.1.1 热扩散时间对表面硬度影响50-51
• 4.1.2 热扩散温度对表面硬度影响51-53
• 4.1.3 时效对表面硬度影响53-54
• 4.2 互扩散层中显微硬度分布54-55
• 4.3 互扩散层摩擦磨损性能55-62
• 4.3.1 热扩散时间对摩擦磨损性能的影响55-58
• 4.3.2 热扩散温度对摩擦磨损性能的影响58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 镀钛铍青铜Ti/Cu互扩散过程中Ti浓度分布 计算机模拟63-75
• 5.1 Ti/Cu互扩散物理模型与扩散方程的通解63-66
• 5.1.1 物理模型63-64
• 5.1.2 扩散方程及其通解64-66
• 5.2 Ti/Cu互扩散过程中Ti浓度分布数学模型及其解66-69
• 5.2.1 外固溶层中Ti扩散模型66-67
• 5.2.2 反应扩散层中Ti扩散模型67-68
• 5.2.3 内固溶层Ti扩散模型68-69
• 5.2.4 Ti扩散耦合模型及其解69
• 5.3 Ti/Cu互扩散过程中Ti浓度分布模拟与验证69-74
• 5.3.1 模拟参数确定69-70
• 5.3.2 不同温度下Ti浓度分布动力学模拟70-71
• 5.3.3 仿真结果与实验值对比71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 石子源,丁志敏;纯铜的表面弥散硬化及其性能[J];大连铁道学院学报;1998年01期

2 张临财;张满;郭啸栋;孙巧艳;肖林;孙军;刘力;宋振亚;;Ti-2.5Cu合金应力时效析出行为及其力学性能研究[J];稀有金属材料与工程;2014年08期

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本文编号：1135096