铝基体上氮热等离子体制备氮化层的组织与性能

发布时间：2017-11-27 13:17

  本文关键词：铝基体上氮热等离子体制备氮化层的组织与性能

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【摘要】：等离子体表面处理是发展迅速的材料表面改性新技术，通过改变材料表面的化学成分及微观结构使材料的表面性能显著提高。采用含氮等离子体处理铝及铝合金可以获得含有AlN等强化相的表面层，提高铝基体的耐磨性。 本文采用等离子焊接设备获得含氮热等离子弧，在大气压下对6082铝合金及1060纯铝基体进行表面氮化处理，获得了AlN强化的表面氮化层。试验表明，电流为140A，电弧气氛中离子气流量为氮气40L/h+氩气25L/h，氩保护气体流量为400L/h时，得到的氮化层成型较宽且平整，由AlN及铝固溶体相组成的微观结构分布也较均匀。根据微观结构特征可以把氮化层分为三个区域：底部的薄过渡区、下部的AlN枝晶区和中上部较厚的层状结构区。其中层状结构区由薄AlN层和较厚铝固溶体层组成，两相交替分布。氮化层三个区域具有不同的微观结构是AlN的生长条件和铝熔体的毛细传质所决定的。根据铝及铝合金基体的热等离子体表面氮化动态过程，提出了试验条件下的氮化层形成模型。 在上述用含氮热等离子对铝基体直接氮化的基础上，还开展了纯铝基体钛辅助氮化试验。在送钛粉及预敷钛粉条件下，改变工艺参数中电弧电流和电弧气氛中的氮气比例进行氮化，观察测试了1060纯铝基体表面氮化层的微观组织与性能。试验结果表明，两种钛辅助氮化条件下获得的氮化层中，除了AlN强化相外，还出现了Al3Ti和TiN强化相，其中针状的Al3Ti相在光镜下呈蓝色，TiN相呈金黄色且分布在Al3Ti中，而AlN呈灰色。对氮化层不同组织区域进行纳米压痕分析表明，铝固溶体平均弹性模量为77.546Gpa，平均硬度为0.418Gpa；蓝色Al3Ti密集分布区域的平均弹性模量为138.721Gpa，平均硬度为2.649Gpa；而黄色TiN密集分布区的平均弹性模量为192.283Gpa，平均硬度为9.960Gpa。 氮化层摩擦磨损试验表明，，在送钛粉氮化条件下，电弧电流为120A，电弧气氛中氮气比例为60%时获得的氮化层耐磨性较好，其平均摩擦系数为0.2155，磨损失重为4.3mg；在预敷钛粉氮化条件下，电弧电流为140A，电弧气氛中氮气比例为20%时获得的氮化层耐磨性较好，其平均摩擦系数为0.2005，磨损失重为2.1mg。在相同摩擦磨损试验条件下，纯铝基体的磨损失重量为15.6mg，平均摩擦系数为0.3189。送钛粉氮化层的摩擦系数比纯铝基体下降了32%，而耐磨性提高了3.6倍；预敷钛粉氮化层的摩擦系数比纯铝基体下降了37%，耐磨性提高了7.4倍。钛辅助氮化使得氮化层中除了AlN外，还生成高硬度的Al3Ti和TiN相，明显提高了氮化层的耐磨性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 邹敏明;严密;尚福军;史洪刚;田开文;黄伟;苏继红;;热等离子技术在纳米粉制备中的应用[J];兵器材料科学与工程;2011年01期

2 师昌绪,徐滨士 ,张平 ,刘世参;21世纪表面工程的发展趋势[J];中国表面工程;2001年01期

3 廖家轩,夏立芳,孙跃;铝合金等离子体基离子注入形成AlN/TiN层及其耐磨性能[J];材料科学与工艺;2001年01期

4 匡同春,王晓初,王成勇,刘正义;CVD金刚石厚膜刀具的研究进展与应用现状[J];金刚石与磨料磨具工程;2000年02期

5 夏立芳;材料的等离子体基离子注入表面改性[J];金属热处理学报;2001年01期

6 李敏,李惠东,李惠琪,孙玉宗;等离子体表面改性技术的发展[J];金属热处理;2004年07期

7 金海波,陈克新,周和平,汪雨荻,邹宗树,王文忠;原位自反应合成AlN粉体[J];金属学报;2000年07期

8 许晓静;王宏宇;陈康敏;刘曦;徐文维;;钛合金表面火焰喷焊镍基耐磨涂层的组织和性能[J];农业机械学报;2006年05期

9 苏学常;铝合金的强化[J];轻合金加工技术;1996年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 卢文壮;CVD金刚石涂层刀具的制备及其切削性能研究[D];南京航空航天大学;2008年

本文编号：1231992