40Cr表面B-Cr涂层制备工艺及性能研究
发布时间：2021-01-04 13:53
高温、高压和腐蚀等复杂的工作环境对齿轮的服役性能提出了更高的标准,因此拥有高硬度、良好的耐磨性以及耐蚀性等复合性能已经成为齿轮工作的基本要求。然而,传统的工艺却很难满足这种多功能性的要求,所以对齿轮实施更进一步的研究势在必行。与气相沉积、化学浴沉积和喷涂等表面涂层技术不同的是,电刷镀技术设备简单、操作方便、适应性强,并且沉积的涂层厚度不仅容易控制,而且还具有硬度高、耐磨性和耐蚀性好等优点,故吸引了学者的注意。研究发现电刷镀沉积的涂层在退火时会对基体组织造成影响,但是如果不作退火处理,涂层与基体之间的结合力又较小。为解决这一问题,本文以40Cr为基体材料,通过两步法制备了B-Cr涂层,开展了一系列实验,希望既能制备性能良好的涂层,又能解决刷镀铬退火后存在贫碳区的问题。本文的主要研究内容如下:（1）研究了炉冷、空冷、液氮冷和水冷这四种不同冷却速度对粉末包埋渗B涂层的影响,对比了这四种冷却条件下Fe2B-layer的组织和性能差异。（2）在预先制备的Fe2B-layer（炉冷）上通过电刷镀设备沉积了铬层,对这种两步法制备的B-Cr涂层于不同温度下进...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
调质40Cr的微观组织
3冷却速度对包埋法渗硼的组织和性能影响15图3.1炉冷（FC），空冷（AC），液氮冷（LNC）和水冷（WC）条件下渗硼试样的XRD图谱。Figure3.1XRDpatternsofboronizingsamplesunderfurnacecooling(FC),aircooling(AC),liquidnitrogencooling(LNC)andwatercooling(WC)conditions.3.2.2不同冷却速度下的截面形貌组织图3.2显示了从炉冷到水冷各个条件下的形貌组织图，样品截面均由三层组成，由外到内分别是疏松层，Fe2B-layer和基体。对比疏松层，厚度相差不大，只是炉冷下的更均匀一些。比较发现Fe2B-layer的厚度相差不大，都呈现出典型的锯齿状形貌。相较而言，炉冷的Fe2B-layer要更厚一点，也更均匀一些，而Fe2B柱状晶却随着冷却速度的增大，越发分散。因为在随炉冷却的时候，冷却速度较慢，元素扩渗得更充分更均匀一些，较慢的冷却速度也会使得Fe2B柱状晶生长的更加集中一些。但是由于在液氮冷和水冷条件下冷却时产生的应力很大，因此在Fe2B组织可以观察到许多裂纹，有的甚至贯穿了整个Fe2B-layer；水冷下的应力更大，产生的裂纹更多。在温度超过临界冷却速度即水冷条件后，Fe2B-layer的差异都集中在裂纹上，Fe2B晶粒上的差异不明显，说明临界冷却速度对Fe2B相的影响主要侧重于晶面上的影响，不会改变组织类型。冷却速度的不同也会对基体产生巨大的影响，炉冷、空冷、液氮冷和水冷下的基体组织分别是珠光体，细珠光体，索氏体和马氏体。
重庆理工大学硕士学位论文16图3.2炉冷（FC），空冷（AC），液氮冷（LNC）和水冷（WC）条件下渗硼试样的截面形貌组织：图（a、b）（c、d）（e、f）和（g、h）分别是FC，AC，WC和LNC的形貌组织。Figure3.2Cross-sectionmorphologyofboronizingsamplesunderfurnacecooling(FC),aircooling(AC),liquidnitrogencooling(LNC),andwatercooling(WC)conditions.Figures(a、b)(c、d)(e、f)and(g、h)arethemorphologicalorganizationofFC,AC,WC,andLNC,respectively.图3.3显示了炉冷、空冷条件下的线扫描分布图。对比发现，Fe元素在表层的含量要稍微低一些，O元素却高一些；而进入Fe2B-layer后，Fe元素基本上维持稳定，O元素的含量反而很低。这主要是因为表层存在疏松层导致的，O元素主要富集在疏松层中。这一元素变化说明冷却速度的改变并不会使得O元素进入到Fe2B-layer中，Fe2B的存在也能较好的保护基体不受氧化。B元素由于原子序数低而未能很好的检测出来元素波动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等温退火对8030铝合金导线组织性能的影响[J]. 韩茜,李英,庞华,李春,崔乐,王金力,刘彦峰. 金属热处理. 2020(02)
[2]Inconel 600合金气体渗硼制备硬质陶瓷层的纳米力学性能和断裂韧性（英文）[J]. N.MAKUCH. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020(02)
[3]电压对电刷镀三价铬镀层性能的影响[J]. 张庆,谭俊,赵海朝,郑晓辉,曾志鹏. 电镀与涂饰. 2020(01)
[4]渗硼温度对Inconel 625合金渗硼层组织及耐磨性的影响[J]. 马一林,张良学,林乃明,秦林,田林海. 金属热处理. 2019(11)
[5]退火处理对高导耐热铝合金导线组织和性能的影响[J]. 王宏颖. 热加工工艺. 2019(24)
[6]GW83镁合金热处理工艺研究[J]. 于建民,程少博,张治民,程眉,杨亚琴,卢知渊. 热加工工艺. 2019(24)
[7]新型耐磨耐高温氧化NiCrAlSiC复合涂层的制备及性能研究[J]. 赵明雨,甄会娟,董志宏,杨秀英,彭晓. 金属学报. 2019(07)
[8]德国制造业科技创新体系及其对中国的启示[J]. 阳晓伟. 技术经济与管理研究. 2019(05)
[9]稀土元素对材料渗硼层表面硬度及组织的影响[J]. 张越,郑盼,商剑. 热加工工艺. 2019(08)
[10]冷却速度对碳钢-不锈钢热压复合材料组织及力学性能的影响[J]. 李鹏博,阴树标,李昭东,刘宁,雷霆. 金属热处理. 2018(12)
博士论文
[1]高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究[D]. 李鹤飞.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]40Cr表面双层辉光等离子表面合金化制备梯度涂层工艺及组织性能研究[D]. 蒋杰.重庆理工大学 2019
[2]电沉积制备镍基复合镀层的研究[D]. 冯筱珺.沈阳大学 2018
[3]电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的制备与性能研究[D]. 丁小龙.哈尔滨工程大学 2018
[4]H13钢固体粉末渗硼工艺研究[D]. 曾兵.南昌航空大学 2017
[5]电刷镀Ni-SiC纳米复合镀层的制备及表征[D]. 赵岩.东北石油大学 2017
[6]电刷镀—激光复合强化铝基模具材料表面性能试验研究[D]. 赵言辉.长春理工大学 2017
[7]电刷镀亚稳态镍硼合金镀层的性能及机理研究[D]. 方祥.哈尔滨工程大学 2016
[8]纳米Al2O3复合电刷镀层的制备和性能研究[D]. 房新亮.大连海事大学 2016
[9]纳米颗粒增强型Ni-W（D）合金复合刷镀层组织性能研究[D]. 杜鑫磊.河南理工大学 2015
[10]电刷镀Ni-Mo合金摩擦学研究与耐磨性结构分析[D]. 徐立鹏.聊城大学 2015
本文编号：2956878
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
调质40Cr的微观组织
3冷却速度对包埋法渗硼的组织和性能影响15图3.1炉冷（FC），空冷（AC），液氮冷（LNC）和水冷（WC）条件下渗硼试样的XRD图谱。Figure3.1XRDpatternsofboronizingsamplesunderfurnacecooling(FC),aircooling(AC),liquidnitrogencooling(LNC)andwatercooling(WC)conditions.3.2.2不同冷却速度下的截面形貌组织图3.2显示了从炉冷到水冷各个条件下的形貌组织图，样品截面均由三层组成，由外到内分别是疏松层，Fe2B-layer和基体。对比疏松层，厚度相差不大，只是炉冷下的更均匀一些。比较发现Fe2B-layer的厚度相差不大，都呈现出典型的锯齿状形貌。相较而言，炉冷的Fe2B-layer要更厚一点，也更均匀一些，而Fe2B柱状晶却随着冷却速度的增大，越发分散。因为在随炉冷却的时候，冷却速度较慢，元素扩渗得更充分更均匀一些，较慢的冷却速度也会使得Fe2B柱状晶生长的更加集中一些。但是由于在液氮冷和水冷条件下冷却时产生的应力很大，因此在Fe2B组织可以观察到许多裂纹，有的甚至贯穿了整个Fe2B-layer；水冷下的应力更大，产生的裂纹更多。在温度超过临界冷却速度即水冷条件后，Fe2B-layer的差异都集中在裂纹上，Fe2B晶粒上的差异不明显，说明临界冷却速度对Fe2B相的影响主要侧重于晶面上的影响，不会改变组织类型。冷却速度的不同也会对基体产生巨大的影响，炉冷、空冷、液氮冷和水冷下的基体组织分别是珠光体，细珠光体，索氏体和马氏体。
重庆理工大学硕士学位论文16图3.2炉冷（FC），空冷（AC），液氮冷（LNC）和水冷（WC）条件下渗硼试样的截面形貌组织：图（a、b）（c、d）（e、f）和（g、h）分别是FC，AC，WC和LNC的形貌组织。Figure3.2Cross-sectionmorphologyofboronizingsamplesunderfurnacecooling(FC),aircooling(AC),liquidnitrogencooling(LNC),andwatercooling(WC)conditions.Figures(a、b)(c、d)(e、f)and(g、h)arethemorphologicalorganizationofFC,AC,WC,andLNC,respectively.图3.3显示了炉冷、空冷条件下的线扫描分布图。对比发现，Fe元素在表层的含量要稍微低一些，O元素却高一些；而进入Fe2B-layer后，Fe元素基本上维持稳定，O元素的含量反而很低。这主要是因为表层存在疏松层导致的，O元素主要富集在疏松层中。这一元素变化说明冷却速度的改变并不会使得O元素进入到Fe2B-layer中，Fe2B的存在也能较好的保护基体不受氧化。B元素由于原子序数低而未能很好的检测出来元素波动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等温退火对8030铝合金导线组织性能的影响[J]. 韩茜,李英,庞华,李春,崔乐,王金力,刘彦峰. 金属热处理. 2020(02)
[2]Inconel 600合金气体渗硼制备硬质陶瓷层的纳米力学性能和断裂韧性（英文）[J]. N.MAKUCH. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020(02)
[3]电压对电刷镀三价铬镀层性能的影响[J]. 张庆,谭俊,赵海朝,郑晓辉,曾志鹏. 电镀与涂饰. 2020(01)
[4]渗硼温度对Inconel 625合金渗硼层组织及耐磨性的影响[J]. 马一林,张良学,林乃明,秦林,田林海. 金属热处理. 2019(11)
[5]退火处理对高导耐热铝合金导线组织和性能的影响[J]. 王宏颖. 热加工工艺. 2019(24)
[6]GW83镁合金热处理工艺研究[J]. 于建民,程少博,张治民,程眉,杨亚琴,卢知渊. 热加工工艺. 2019(24)
[7]新型耐磨耐高温氧化NiCrAlSiC复合涂层的制备及性能研究[J]. 赵明雨,甄会娟,董志宏,杨秀英,彭晓. 金属学报. 2019(07)
[8]德国制造业科技创新体系及其对中国的启示[J]. 阳晓伟. 技术经济与管理研究. 2019(05)
[9]稀土元素对材料渗硼层表面硬度及组织的影响[J]. 张越,郑盼,商剑. 热加工工艺. 2019(08)
[10]冷却速度对碳钢-不锈钢热压复合材料组织及力学性能的影响[J]. 李鹏博,阴树标,李昭东,刘宁,雷霆. 金属热处理. 2018(12)
博士论文
[1]高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究[D]. 李鹤飞.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]40Cr表面双层辉光等离子表面合金化制备梯度涂层工艺及组织性能研究[D]. 蒋杰.重庆理工大学 2019
[2]电沉积制备镍基复合镀层的研究[D]. 冯筱珺.沈阳大学 2018
[3]电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的制备与性能研究[D]. 丁小龙.哈尔滨工程大学 2018
[4]H13钢固体粉末渗硼工艺研究[D]. 曾兵.南昌航空大学 2017
[5]电刷镀Ni-SiC纳米复合镀层的制备及表征[D]. 赵岩.东北石油大学 2017
[6]电刷镀—激光复合强化铝基模具材料表面性能试验研究[D]. 赵言辉.长春理工大学 2017
[7]电刷镀亚稳态镍硼合金镀层的性能及机理研究[D]. 方祥.哈尔滨工程大学 2016
[8]纳米Al2O3复合电刷镀层的制备和性能研究[D]. 房新亮.大连海事大学 2016
[9]纳米颗粒增强型Ni-W（D）合金复合刷镀层组织性能研究[D]. 杜鑫磊.河南理工大学 2015
[10]电刷镀Ni-Mo合金摩擦学研究与耐磨性结构分析[D]. 徐立鹏.聊城大学 2015
本文编号：2956878
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