镍基复合氧化物涂层的设计、制备及宽温域摩擦学机理研究
发布时间：2021-10-08 07:27
针对机械零部件日益复杂的服役环境引起的磨损失效和材料失效等问题,迫切需要制备高耐磨材料并提高机械部件的抗磨减摩等性能。氧化物陶瓷具有高硬度、高熔点、高化学稳定性等,相应的采用热喷涂制备的氧化物陶瓷涂层具有优异的耐高温、抗磨损等优异性能。本论文基于离子势和阳离子极化率理论,采用大气等离子喷涂技术制备了NiAl-MoO3、NiAl-MoO3/BaO、NiAl-MoO3/CuO复合涂层进一步考查了不同复配氧化添加量对复合涂层结构、力学及摩擦学性能的影响,结合XRD、TEM、SEM、Raman等技术深入分析探讨了复合涂层高温润滑机理。其主要研究结论如下:1.采用高能球磨工艺对采购的粉末MoO3进行了二次造粒处理,通过烧结破碎的方法制备了粒径分布在38μm-75μm流动性优异的粉体,具有良好的可喷涂性。2.采用等离子喷涂设备制备了不同氧化物含量的NiAl-MoO3、NiAl-MoO3/BaO、NiAl-MoO3/CuO复合涂层,研究了不同的氧化...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1层状固体润滑剂
硕士学位论文5化物之间相互作用时，阳离子难以形成更强的离子键和共价键，使的氧化物之间更易于剪切，其润滑性越好，其氧化物离子势与摩擦系数的对应关系如图1.2-b所示[17]。（a）（b）图1.2(a)氧化物的离子势概念的示意图;(b)氧化物离子势与摩擦系数的对应关系Dimitrov[18,31]等则从一个更加微观的视角给出了氧化物的分类依据，通过引入阴阳离子极化率，键能，光学碱度以及引入互作用参数并论述了这些特性之间的联系，阳离子的极化率随着金属（或非金属）结合能的增加而降低，同时引入互作用参数，对应了与光学碱度和极化率之间的联系，发现氧化物的平均极化率与互作用参数成一种负相关，对简单氧化物的细分进一步论述了互作用参数与光学碱度之间的对应关系，其氧化物随着酸性向碱性的过渡，呈现出更低的互作用参数。Prakash,B[31]进一步通过对极化率的修正，提出了互作用参数与氧化物材料的润滑性的对应关系，表1.3所示为氧化物阴阳离子极化率、互作用参数以及在不同温度的摩擦系数的其对应关系，发现与氧化物的互作用参数越低其润滑性越好，研究者认为氧化物键强取决于阴阳离子在重叠轨道的电子键合，这和离子的极化率有关，当极化率大时，电子云在重叠轨道更多的分散和转移，此时自由电子的密度会增加，而由于自由电子并不参与成键，从而导致阴阳离子间结合的键能弱化，但这种弱化的键能却能够有效的降低摩擦系数，提高润滑性能。Peterson[32]对双金属氧化物研究时发现，高温时某些钼酸盐和铼酸盐润滑剂具有更低的摩擦系数。这说明三元金属氧化物可以作为良好的高温固体润滑剂，而这些含氧酸盐大多是由像PbO-MoO3、ZnO-WO3、CuO-MoO3或者NiO–TiO2的两种氧化物在高温下通过摩擦化学反应生成.针对于复合氧化物体系，Erdemir[33]所提出的晶体?
硕士学位论文9如图1.3所示展示了热喷涂涂层形成的基本原理，利用热源（如电虎等离子喷涂或燃烧火焰等）将喷涂材料（粉末、丝状的金属或非金属）加热至塑态或熔融态，用高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以高的速度喷射到工件表面，冲击到表面的颗粒，因受冲击变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。该涂层因涂层材料不同可实现对磨损部件的修复、防护提高设备或构件的耐腐蚀、抗磨损、耐高温、隔热和抗电磁波等性能[50]。图1.3热喷涂涂层形成原理根据热喷涂的基本原理，其熔融材料（粉末，丝材等）受热熔化并沉积在工件表面主要包括以下三个过程[51]：1）加热熔化阶段，热喷涂材料的热源的作用下，熔化形成熔化和半熔化的熔滴；2）加速阶段，熔滴在告诉气流的作用下并与周围环境发生作用沉积在工件表面的过程；3）沉积过程，经过高温、高速热源作用后的熔滴粒子撞击工件后发生熔滴粒子的叠加和快速凝固。其前两个阶段主要决定了涂层形成后的形貌形态和涂层的质品，而最后一阶段熔滴粒子的沉积过程在决定了涂层最终形成形态，从而影响了涂层的微观结构和其力学性能。其熔滴的熔化形态和质品同时又影响了熔滴的凝固和冷却过程，因此需要科研人员全面分析涂层制备过程合理选择喷涂工艺、材料制备出性能优异的涂层材料[52]。1.3.2热喷涂技术的工艺流程工件材料的性质，喷涂材料的选择、喷涂参数的设定以及后处理工艺均对热喷涂涂层的性能有着重要的影响。虽然设备因热喷涂方式不同而有所不同，但根据热喷涂技术原理，设备主要由喷枪、热源、涂层材料供应装置、控制系统和冷却系统组成。因此对基材表面的处理、基材的预热、喷涂过程和涂层后处理等优化得当，有利于制备出性能优异的涂层。热?
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂Cr3C2/NiCr金属陶瓷基高温润滑涂层的摩擦学行为研究[J]. 周琪,卢礼灿,易戈文,王文珍,贾均红. 表面技术. 2019(08)
[2]Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究[J]. 李珍,张亚丽,周健松,王静波,陈建敏. 摩擦学学报. 2018(02)
[3]Influence of Silver Contents on the Tribological Properties of Ni-Based Self-Lubricating Coatings by Atmospheric Plasma Spraying[J]. Bo Li,Jun-Hong Jia,Yi-Min Gao,Hong-Jian Guo,Min-Min Han,Wen-Zhen Wang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[4]热喷涂粒子形貌形成的研究进展[J]. 邢亚哲,李兴航,王强,李文鹏,马旭,张勇. 热加工工艺. 2015(24)
[5]宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展[J]. 陈建敏,卢小伟,李红轩,周惠娣. 摩擦学学报. 2014(05)
[6]金属基复合材料发展的挑战与机遇[J]. 武高辉. 复合材料学报. 2014(05)
[7]热喷涂技术在产品再制造领域的应用及发展趋势[J]. 张伟,郭永明,陈永雄. 中国表面工程. 2011(06)
[8]等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米复合涂层的制备、结构及摩擦学性能[J]. 易德亮,冶银平,尹斌,刘光,周惠娣,陈建敏. 摩擦学学报. 2011(04)
[9]Ni-Al基自润滑复合材料的制备及其摩擦学性能[J]. 张定军,王爱芳,吴有智,王文珍,贾均红. 材料科学与工程学报. 2011(01)
[10]等离子喷涂陶瓷耐磨涂层的研究进展[J]. 安家财,杜三明,肖宏滨,张永振. 热加工工艺. 2010(24)
本文编号：3423696
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1层状固体润滑剂
硕士学位论文5化物之间相互作用时，阳离子难以形成更强的离子键和共价键，使的氧化物之间更易于剪切，其润滑性越好，其氧化物离子势与摩擦系数的对应关系如图1.2-b所示[17]。（a）（b）图1.2(a)氧化物的离子势概念的示意图;(b)氧化物离子势与摩擦系数的对应关系Dimitrov[18,31]等则从一个更加微观的视角给出了氧化物的分类依据，通过引入阴阳离子极化率，键能，光学碱度以及引入互作用参数并论述了这些特性之间的联系，阳离子的极化率随着金属（或非金属）结合能的增加而降低，同时引入互作用参数，对应了与光学碱度和极化率之间的联系，发现氧化物的平均极化率与互作用参数成一种负相关，对简单氧化物的细分进一步论述了互作用参数与光学碱度之间的对应关系，其氧化物随着酸性向碱性的过渡，呈现出更低的互作用参数。Prakash,B[31]进一步通过对极化率的修正，提出了互作用参数与氧化物材料的润滑性的对应关系，表1.3所示为氧化物阴阳离子极化率、互作用参数以及在不同温度的摩擦系数的其对应关系，发现与氧化物的互作用参数越低其润滑性越好，研究者认为氧化物键强取决于阴阳离子在重叠轨道的电子键合，这和离子的极化率有关，当极化率大时，电子云在重叠轨道更多的分散和转移，此时自由电子的密度会增加，而由于自由电子并不参与成键，从而导致阴阳离子间结合的键能弱化，但这种弱化的键能却能够有效的降低摩擦系数，提高润滑性能。Peterson[32]对双金属氧化物研究时发现，高温时某些钼酸盐和铼酸盐润滑剂具有更低的摩擦系数。这说明三元金属氧化物可以作为良好的高温固体润滑剂，而这些含氧酸盐大多是由像PbO-MoO3、ZnO-WO3、CuO-MoO3或者NiO–TiO2的两种氧化物在高温下通过摩擦化学反应生成.针对于复合氧化物体系，Erdemir[33]所提出的晶体?
硕士学位论文9如图1.3所示展示了热喷涂涂层形成的基本原理，利用热源（如电虎等离子喷涂或燃烧火焰等）将喷涂材料（粉末、丝状的金属或非金属）加热至塑态或熔融态，用高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以高的速度喷射到工件表面，冲击到表面的颗粒，因受冲击变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。该涂层因涂层材料不同可实现对磨损部件的修复、防护提高设备或构件的耐腐蚀、抗磨损、耐高温、隔热和抗电磁波等性能[50]。图1.3热喷涂涂层形成原理根据热喷涂的基本原理，其熔融材料（粉末，丝材等）受热熔化并沉积在工件表面主要包括以下三个过程[51]：1）加热熔化阶段，热喷涂材料的热源的作用下，熔化形成熔化和半熔化的熔滴；2）加速阶段，熔滴在告诉气流的作用下并与周围环境发生作用沉积在工件表面的过程；3）沉积过程，经过高温、高速热源作用后的熔滴粒子撞击工件后发生熔滴粒子的叠加和快速凝固。其前两个阶段主要决定了涂层形成后的形貌形态和涂层的质品，而最后一阶段熔滴粒子的沉积过程在决定了涂层最终形成形态，从而影响了涂层的微观结构和其力学性能。其熔滴的熔化形态和质品同时又影响了熔滴的凝固和冷却过程，因此需要科研人员全面分析涂层制备过程合理选择喷涂工艺、材料制备出性能优异的涂层材料[52]。1.3.2热喷涂技术的工艺流程工件材料的性质，喷涂材料的选择、喷涂参数的设定以及后处理工艺均对热喷涂涂层的性能有着重要的影响。虽然设备因热喷涂方式不同而有所不同，但根据热喷涂技术原理，设备主要由喷枪、热源、涂层材料供应装置、控制系统和冷却系统组成。因此对基材表面的处理、基材的预热、喷涂过程和涂层后处理等优化得当，有利于制备出性能优异的涂层。热?
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂Cr3C2/NiCr金属陶瓷基高温润滑涂层的摩擦学行为研究[J]. 周琪,卢礼灿,易戈文,王文珍,贾均红. 表面技术. 2019(08)
[2]Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究[J]. 李珍,张亚丽,周健松,王静波,陈建敏. 摩擦学学报. 2018(02)
[3]Influence of Silver Contents on the Tribological Properties of Ni-Based Self-Lubricating Coatings by Atmospheric Plasma Spraying[J]. Bo Li,Jun-Hong Jia,Yi-Min Gao,Hong-Jian Guo,Min-Min Han,Wen-Zhen Wang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[4]热喷涂粒子形貌形成的研究进展[J]. 邢亚哲,李兴航,王强,李文鹏,马旭,张勇. 热加工工艺. 2015(24)
[5]宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展[J]. 陈建敏,卢小伟,李红轩,周惠娣. 摩擦学学报. 2014(05)
[6]金属基复合材料发展的挑战与机遇[J]. 武高辉. 复合材料学报. 2014(05)
[7]热喷涂技术在产品再制造领域的应用及发展趋势[J]. 张伟,郭永明,陈永雄. 中国表面工程. 2011(06)
[8]等离子喷涂Al2O3/TiO2纳米复合涂层的制备、结构及摩擦学性能[J]. 易德亮,冶银平,尹斌,刘光,周惠娣,陈建敏. 摩擦学学报. 2011(04)
[9]Ni-Al基自润滑复合材料的制备及其摩擦学性能[J]. 张定军,王爱芳,吴有智,王文珍,贾均红. 材料科学与工程学报. 2011(01)
[10]等离子喷涂陶瓷耐磨涂层的研究进展[J]. 安家财,杜三明,肖宏滨,张永振. 热加工工艺. 2010(24)
本文编号：3423696
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