电火花沉积Ti（C,N）和WC-Ni基金属陶瓷涂层的组织及性能研究
发布时间：2021-07-22 21:43
金属陶瓷涂层因具有高硬度、高耐磨性和低成本等优点,被广泛用于模具钢的表面修复和强化领域。目前有多种技术可用于制备金属陶瓷涂层,由于电火花沉积工艺具有热影响区小,涂层与基体冶金结合性好,且对操作环境适应性强等特点,在制备金属陶瓷涂层方面具有独特优势。本文采用电火花沉积技术在H13钢基体表面分别制备了Ti（C,N）和WC-Ni基金属陶瓷涂层,系统研究了工艺参数对涂层厚度及表面粗糙度的影响规律,以及涂层的组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能。同时采用Ni棒和Mo棒作为电极,在基体表面制备了以Ni和Mo为过渡层的金属陶瓷复合涂层,对比研究了单一金属陶瓷涂层及其复合涂层的物相组成、组织特征以及力学性能。在H13钢表面制备了Ti（C,N）基金属陶瓷涂层,优化后的工艺参数为:沉积功率1000W,输出电压60V,放电频率700Hz,比沉积时间为5min·cm-2。Ti（C,N）基金属陶瓷涂层的厚度可达3040μm,表面粗糙度Ra约为2μm。涂层中的主要物相包括TiC0.7N0.3、MoC、Ni17...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电火花沉积技术原理图
第1章绪论3图1.2所示为电火花沉积过程示意图。电极作为正极，基体金属作为负极，并通以惰性气体进行保护，当电极和基体接触的瞬间会发生短路并将电容存储的能量进行释放，由于脉冲放电时的电流密度大（约为105~106A/cm2），局部的电场强度可达106V/cm2，远高于空气的击穿电场强度103V/cm2，满足了低压脉冲放电的要求，因此可以产生火花放电并形成脉冲微弧[2]。火花放电释放的能量可以使得电极和基体接触表面形成温度高达8000~25000℃的微区熔池，借助火花放电的高能量可以使电极材料过渡到基体表面形成沉积层[3]。图1.2电火花沉积过程示意图Fig.1.2Schematicdiagramofelectrosparkdepositionprocess关于电火花沉积过程中电极材料转移到基体表面的机理，现阶段并没有一个清楚的认识。Galinov[4]等人认为电火花放电过程中电极材料的转移以固态或液态的形式进行，在固态下，来自电极的粒子撞击并粘附在基体表面；在液态下，电极表面熔融液滴被分离、转移，随后凝固在基体上形成沉积层；而气态的电极材料大部分会消散在空气中，不会参与物质转移。Johnson[5]等人提出电火花沉积时的电极材料传递机制可以分为球状机制和喷雾状机制，当气体介质为空气或者氮气时，放电时会形成高导热的等离子体，促进球状液滴生成，并在等离子体的加速下向基体方向移动，以典型的“飞溅”状态沉积到基体表面形成涂层，称为球状机制。Liu等人建立了旋转电极电火花沉积过程时球状液滴过渡的物理模型，如图1.3所示[2]。喷雾状传质机制则发生在氩气被电离的情况下，这是由于生成的等离子体热导率低，熔融电极材料在等离子流力作用下以细小喷雾状过渡到基体表面，形成精细的亚光涂层外观。相关研究人员对于传质过程的共识在于每次脉冲过程都会产生熔融电极材料的过渡并?
吉林大学硕士学位论文4电火花沉积技术可以用于机械零部件表面的强化，与其他表面涂覆或沉积技术相比，具备以下独特优点:（1）电火花沉积设备操作方便，成本较低。常见的电火花沉积设备包括电源和沉积枪，重量较轻，易于携带，且在电火花沉积时只需通惰性气体进行保护，无需真空条件，因此可以在多种生产环境下进行沉积。此外，电火花沉积技术可以用于形状复杂的大型零部件，使得该技术具备很强的适用性。（2）电火花沉积制备的涂层与基体为冶金结合，结合强度高。涂层的沉积过程并不是材料的机械叠加，而是通过反应形成新的合金层。图1.3单脉冲电火花沉积的液滴过渡模型[2]Fig.1.3Droplettransitionmodelofmonopulseelectrosparkdeposition（3）电火花沉积过程热输入量非常小，使得基体材料保持或接近室温，避免其发生热变形或微观组织上的改变。这有助于保证机械零部件的尺寸精度和力学性能。（4）电火花沉积是一种快速升温冷却的过程，制备的涂层组织致密，晶粒细小，在一定条件下可形成非晶结构。这样的结构有利于提高涂层的耐腐蚀性和耐磨性。（5）电火花沉积过程不会产生烟尘或有毒有害气体，因此是一种环境友好型的表面强化技术。1.2.3电火花沉积技术的应用电火花沉积技术由于具有许多独特的优势，在工业生产中得到了广泛的应用，其
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂WC-Ni涂层组织结构和性能的对比[J]. 陈清宇,富伟,杜大明,徐明晗,邹岩龙,杨超,鞠银燕. 稀有金属材料与工程. 2019(11)
[2]电火花沉积FeCoCrNiCu高熵合金涂层的组织结构与耐蚀性[J]. 王彦芳,闫晗,李娟,孙胜越,宋增金,石志强. 表面技术. 2019(06)
[3]电火花沉积AlCoCrFeNi高熵合金涂层的高速摩擦磨损性能[J]. 郭策安,赵宗科,赵爽,卢凤生,赵博远,张健. 材料导报. 2019(09)
[4]电火花沉积碳化铬基金属陶瓷涂层的微观组织与性能[J]. 张怡,陈志国,魏祥,汪力,侯志伟,杨威. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]金属陶瓷颗粒尺寸与WC含量对双结构Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响（英文）[J]. 刘爱军,刘宁. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[6]电火花沉积技术研究现状及其发展[J]. 辛昊,王海涛,高立,汪鑫,谭业发. 热加工工艺. 2018(20)
[7]电火花沉积非晶涂层的组织结构与摩擦磨损性能[J]. 王彦芳,司爽爽,宋增金,孙旭,石志强. 焊接学报. 2018(07)
[8]ZL101表面电火花沉积Zr基非晶涂层的组织结构[J]. 何艳玲,王彦芳,司爽爽,宋增金,孙旭,石志强. 表面技术. 2018(07)
[9]柔性电极电火花沉积试验研究[J]. 王晓明,袁鑫鹏,徐安阳,朱胜. 热加工工艺. 2017(16)
[10]电火花沉积技术研究现状及发展趋势[J]. 张留伟,邵俊. 装备制造技术. 2017(08)
硕士论文
[1]电火花沉积脉冲电源的改进及仿真分析[D]. 魏国.青岛理工大学 2017
[2]铝合金表面电火花沉积非晶涂层研究[D]. 司爽爽.中国石油大学(华东) 2016
[3]物理气相沉积TiAlN/TiN纳米多层膜的应用研究[D]. 张体波.上海应用技术学院 2015
[4]超声辅助电火花沉积装置及工艺研究[D]. 徐勇.广东工业大学 2011
[5]电火花沉积/堆焊电源的研究[D]. 郭豫鹏.河南科技大学 2011
[6]电火花沉积脉冲电源的研究[D]. 谷学冕.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3297959
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电火花沉积技术原理图
第1章绪论3图1.2所示为电火花沉积过程示意图。电极作为正极，基体金属作为负极，并通以惰性气体进行保护，当电极和基体接触的瞬间会发生短路并将电容存储的能量进行释放，由于脉冲放电时的电流密度大（约为105~106A/cm2），局部的电场强度可达106V/cm2，远高于空气的击穿电场强度103V/cm2，满足了低压脉冲放电的要求，因此可以产生火花放电并形成脉冲微弧[2]。火花放电释放的能量可以使得电极和基体接触表面形成温度高达8000~25000℃的微区熔池，借助火花放电的高能量可以使电极材料过渡到基体表面形成沉积层[3]。图1.2电火花沉积过程示意图Fig.1.2Schematicdiagramofelectrosparkdepositionprocess关于电火花沉积过程中电极材料转移到基体表面的机理，现阶段并没有一个清楚的认识。Galinov[4]等人认为电火花放电过程中电极材料的转移以固态或液态的形式进行，在固态下，来自电极的粒子撞击并粘附在基体表面；在液态下，电极表面熔融液滴被分离、转移，随后凝固在基体上形成沉积层；而气态的电极材料大部分会消散在空气中，不会参与物质转移。Johnson[5]等人提出电火花沉积时的电极材料传递机制可以分为球状机制和喷雾状机制，当气体介质为空气或者氮气时，放电时会形成高导热的等离子体，促进球状液滴生成，并在等离子体的加速下向基体方向移动，以典型的“飞溅”状态沉积到基体表面形成涂层，称为球状机制。Liu等人建立了旋转电极电火花沉积过程时球状液滴过渡的物理模型，如图1.3所示[2]。喷雾状传质机制则发生在氩气被电离的情况下，这是由于生成的等离子体热导率低，熔融电极材料在等离子流力作用下以细小喷雾状过渡到基体表面，形成精细的亚光涂层外观。相关研究人员对于传质过程的共识在于每次脉冲过程都会产生熔融电极材料的过渡并?
吉林大学硕士学位论文4电火花沉积技术可以用于机械零部件表面的强化，与其他表面涂覆或沉积技术相比，具备以下独特优点:（1）电火花沉积设备操作方便，成本较低。常见的电火花沉积设备包括电源和沉积枪，重量较轻，易于携带，且在电火花沉积时只需通惰性气体进行保护，无需真空条件，因此可以在多种生产环境下进行沉积。此外，电火花沉积技术可以用于形状复杂的大型零部件，使得该技术具备很强的适用性。（2）电火花沉积制备的涂层与基体为冶金结合，结合强度高。涂层的沉积过程并不是材料的机械叠加，而是通过反应形成新的合金层。图1.3单脉冲电火花沉积的液滴过渡模型[2]Fig.1.3Droplettransitionmodelofmonopulseelectrosparkdeposition（3）电火花沉积过程热输入量非常小，使得基体材料保持或接近室温，避免其发生热变形或微观组织上的改变。这有助于保证机械零部件的尺寸精度和力学性能。（4）电火花沉积是一种快速升温冷却的过程，制备的涂层组织致密，晶粒细小，在一定条件下可形成非晶结构。这样的结构有利于提高涂层的耐腐蚀性和耐磨性。（5）电火花沉积过程不会产生烟尘或有毒有害气体，因此是一种环境友好型的表面强化技术。1.2.3电火花沉积技术的应用电火花沉积技术由于具有许多独特的优势，在工业生产中得到了广泛的应用，其
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂WC-Ni涂层组织结构和性能的对比[J]. 陈清宇,富伟,杜大明,徐明晗,邹岩龙,杨超,鞠银燕. 稀有金属材料与工程. 2019(11)
[2]电火花沉积FeCoCrNiCu高熵合金涂层的组织结构与耐蚀性[J]. 王彦芳,闫晗,李娟,孙胜越,宋增金,石志强. 表面技术. 2019(06)
[3]电火花沉积AlCoCrFeNi高熵合金涂层的高速摩擦磨损性能[J]. 郭策安,赵宗科,赵爽,卢凤生,赵博远,张健. 材料导报. 2019(09)
[4]电火花沉积碳化铬基金属陶瓷涂层的微观组织与性能[J]. 张怡,陈志国,魏祥,汪力,侯志伟,杨威. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]金属陶瓷颗粒尺寸与WC含量对双结构Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响（英文）[J]. 刘爱军,刘宁. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[6]电火花沉积技术研究现状及其发展[J]. 辛昊,王海涛,高立,汪鑫,谭业发. 热加工工艺. 2018(20)
[7]电火花沉积非晶涂层的组织结构与摩擦磨损性能[J]. 王彦芳,司爽爽,宋增金,孙旭,石志强. 焊接学报. 2018(07)
[8]ZL101表面电火花沉积Zr基非晶涂层的组织结构[J]. 何艳玲,王彦芳,司爽爽,宋增金,孙旭,石志强. 表面技术. 2018(07)
[9]柔性电极电火花沉积试验研究[J]. 王晓明,袁鑫鹏,徐安阳,朱胜. 热加工工艺. 2017(16)
[10]电火花沉积技术研究现状及发展趋势[J]. 张留伟,邵俊. 装备制造技术. 2017(08)
硕士论文
[1]电火花沉积脉冲电源的改进及仿真分析[D]. 魏国.青岛理工大学 2017
[2]铝合金表面电火花沉积非晶涂层研究[D]. 司爽爽.中国石油大学(华东) 2016
[3]物理气相沉积TiAlN/TiN纳米多层膜的应用研究[D]. 张体波.上海应用技术学院 2015
[4]超声辅助电火花沉积装置及工艺研究[D]. 徐勇.广东工业大学 2011
[5]电火花沉积/堆焊电源的研究[D]. 郭豫鹏.河南科技大学 2011
[6]电火花沉积脉冲电源的研究[D]. 谷学冕.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3297959
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