稀土改性WC/Co涂层的抗高温性能及界面第一性原理计算的研究
发布时间：2021-10-10 10:23
目前,超音速火焰喷涂技术（HVOF）制备的WC/Co系金属陶瓷涂层拥有高结合强度、高硬度及低孔隙率,具备优良的耐磨、耐蚀性能。近年来,被广泛用在高温燃气轮机和热轧辊轴等工程零部件作为防护或修复涂层,因此对其在高温、高转速等复杂工况下服役寿命提出了更高要求。引入稀土元素来改善涂层组织,增加强韧性,提高其抗高温性能,从而扩大该系涂层的应用范围,具有重大工程实践意义。本课题拟通过HVOF制备不同稀土CeO2添加量的WC-12Co涂层,通过涂层的微观组织、孔隙率、硬度、XRD相结构分析等研究稀土对涂层组织及性能的改性规律。研究结果表明,稀土的加入可以抑制WC晶粒长大,抑制硬质相脱碳分解,提高WC颗粒在Co相中分散均匀度。当稀土添加量为1.0wt%时,改性效果最佳,涂层孔隙率降低59.3%,硬度提高了10%,采用划痕法测得的临界失效载荷从95N提高到147N。因此,选择添加1.0wt%CeO2的WC-12Co涂层作为改性涂层,未添加稀土的作为未改性涂层,对两种涂层的进行静态高温循环氧化试验和销-盘式高温摩擦磨损试验,从而探究涂层在高温下失效机制,并揭示...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 超音速火焰喷涂技术(HVOF)
1.3 稀土改性热喷涂涂层的研究现状
1.4 WC-Co涂层的抗高温性能国内外研究现状
1.4.1 涂层抗高温氧化的国内外研究现状
1.4.2 涂层抗高温磨损的国内外研究现状
1.5 涂层界面第一性原理的计算研究
1.5.1 第一性原理计算理论
1.5.2 金属基陶瓷界面计算的国内外研究进展
1.6 研究内容和拟解决关键问题
1.6.1 研究内容
1.6.2 拟解决的关键问题
第2章 试验材料和方法
2.1 试验材料及涂层的制备
2.1.1 WC-Co粉末
2.1.2 CeO_2粉末
2.1.3 涂层的设计与制备
2.2 涂层的组织成分测试及性能试验方法
2.2.1 涂层的组织观察及相结构分析
2.2.2 孔隙率测量
2.2.3 显微硬度测量
2.2.4 涂层结合强度测量
2.2.5 涂层的高温循环氧化试验
2.2.6 涂层的高温摩擦磨损试验
2.3 界面性质的计算方法
2.3.1 计算方法
2.3.2 计算软件
2.3.3 计算步骤
第3章 稀土改性WC-12Co涂层的组织和性能
3.1 涂层的微观组织形貌
3.2 涂层孔隙率
3.3 涂层的显微硬度
3.4 涂层及粉末的XRD物相结构
3.5 涂层的结合强度
3.6 本章小结
第4章 稀土改性对WC-12Co涂层高温氧化性能的影响
4.1 涂层的氧化动力学
4.2 涂层的氧化形貌观察
4.3 氧化物相结构分析
4.4 氧化层的显微硬度
4.5 高温氧化行为及机理分析
4.6 本章小结
第5章 稀土改性对WC-12Co涂层高温摩擦磨损性能的影响
5.1 涂层的磨损率
5.2 高温磨损摩擦系数
5.3 涂层磨痕XRD物相分析
5.4 磨痕的显微硬度
5.5 高温磨损形貌及磨损机理分析
5.5.1 磨痕表面形貌及成分分析
5.5.2 磨痕截面形貌及成分分析
5.5.3 稀土对涂层抗高温磨损改性分析
5.6 本章小结
第6章 稀土掺杂对WC/Fe和WC/Co界面性能的影响
6.1 计算参数测试
6.2 体相结构及性质
6.2.1 晶胞模型及弹性常数
6.2.2 态密度及成键布居分析
6.2.3 自由表面
6.3 理想WC/Fe的界面性能
6.3.1 界面结合能
6.3.2 界面弹性能
6.3.3 电荷密度及布居分析
6.4 理想WC/Co的界面性能
6.4.1 界面结合能
6.4.2 界面弹性能
6.4.3 电荷密度及布居分析
6.5 稀土Ce掺杂WC/Fe和WC/Co界面的性质计算
6.5.1 掺杂界面结构及稳定性分析
6.5.2 掺杂界面电子结构及布居分析
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe/TiN界面稳定性的第一性原理计算[J]. 刘复合. 热加工工艺. 2017(20)
[2]高温及氧化对WC-10Co4Cr涂层微观结构及性能的影响[J]. 吴燕明,赵坚,陈小明,伏利,毛鹏展,周夏凉. 中国有色金属学报. 2017(07)
[3]HVOF喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及滑动磨损机理[J]. 陈小明,周夏凉,吴燕明,伏利,赵坚,王莉容,毛鹏展,赵鹏,马红海. 表面技术. 2017(03)
[4]热处理对超音速火焰喷涂WC涂层微观结构及性能的影响[J]. 赵坚,陈小明,吴燕明,伏利,王莉容,刘伟. 兵器材料科学与工程. 2017(02)
[5]WC-CoCr涂层热震及高温抗氧化性能[J]. 陈江涛,孙万昌,岳江峰,董储蓄,张磊,梅良灿,刘雄博. 热加工工艺. 2016(22)
[6]稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及抗高温氧化性能的影响[J]. 庞秋,胡志力,张荣,左小琼,武高辉. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[7]稀土元素对Nb-Si基超高温合金的合金化作用和抗氧化涂层改性作用[J]. 孙志平,尹梦娇,赵崇军. 铸造技术. 2016(05)
[8]粉末结构对HVOF喷涂WC-Co涂层组织性能的影响[J]. 马宁,程振雄,乌焕涛,叶福兴. 稀有金属材料与工程. 2015(12)
[9]WC-Co硬质合金最新进展[J]. 张卫兵,刘向中,陈振华,陈鼎,彭程. 稀有金属. 2015(02)
[10]碳化钨涂层高温摩擦磨损行为[J]. 闫玉涛,廉巨龙,徐元军,孙志礼. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
博士论文
[1]稀土掺杂NiAl金属间化合物结构和性能的第一性原理研究[D]. 何君琦.哈尔滨工业大学 2013
[2]TiC基金属陶瓷界面结合的第一性原理研究[D]. 申玉芳.广西大学 2012
硕士论文
[1]稀土改性热喷涂WC/12Co涂层的制备及表征[D]. 周红霞.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3428194
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 超音速火焰喷涂技术(HVOF)
1.3 稀土改性热喷涂涂层的研究现状
1.4 WC-Co涂层的抗高温性能国内外研究现状
1.4.1 涂层抗高温氧化的国内外研究现状
1.4.2 涂层抗高温磨损的国内外研究现状
1.5 涂层界面第一性原理的计算研究
1.5.1 第一性原理计算理论
1.5.2 金属基陶瓷界面计算的国内外研究进展
1.6 研究内容和拟解决关键问题
1.6.1 研究内容
1.6.2 拟解决的关键问题
第2章 试验材料和方法
2.1 试验材料及涂层的制备
2.1.1 WC-Co粉末
2.1.2 CeO_2粉末
2.1.3 涂层的设计与制备
2.2 涂层的组织成分测试及性能试验方法
2.2.1 涂层的组织观察及相结构分析
2.2.2 孔隙率测量
2.2.3 显微硬度测量
2.2.4 涂层结合强度测量
2.2.5 涂层的高温循环氧化试验
2.2.6 涂层的高温摩擦磨损试验
2.3 界面性质的计算方法
2.3.1 计算方法
2.3.2 计算软件
2.3.3 计算步骤
第3章 稀土改性WC-12Co涂层的组织和性能
3.1 涂层的微观组织形貌
3.2 涂层孔隙率
3.3 涂层的显微硬度
3.4 涂层及粉末的XRD物相结构
3.5 涂层的结合强度
3.6 本章小结
第4章 稀土改性对WC-12Co涂层高温氧化性能的影响
4.1 涂层的氧化动力学
4.2 涂层的氧化形貌观察
4.3 氧化物相结构分析
4.4 氧化层的显微硬度
4.5 高温氧化行为及机理分析
4.6 本章小结
第5章 稀土改性对WC-12Co涂层高温摩擦磨损性能的影响
5.1 涂层的磨损率
5.2 高温磨损摩擦系数
5.3 涂层磨痕XRD物相分析
5.4 磨痕的显微硬度
5.5 高温磨损形貌及磨损机理分析
5.5.1 磨痕表面形貌及成分分析
5.5.2 磨痕截面形貌及成分分析
5.5.3 稀土对涂层抗高温磨损改性分析
5.6 本章小结
第6章 稀土掺杂对WC/Fe和WC/Co界面性能的影响
6.1 计算参数测试
6.2 体相结构及性质
6.2.1 晶胞模型及弹性常数
6.2.2 态密度及成键布居分析
6.2.3 自由表面
6.3 理想WC/Fe的界面性能
6.3.1 界面结合能
6.3.2 界面弹性能
6.3.3 电荷密度及布居分析
6.4 理想WC/Co的界面性能
6.4.1 界面结合能
6.4.2 界面弹性能
6.4.3 电荷密度及布居分析
6.5 稀土Ce掺杂WC/Fe和WC/Co界面的性质计算
6.5.1 掺杂界面结构及稳定性分析
6.5.2 掺杂界面电子结构及布居分析
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe/TiN界面稳定性的第一性原理计算[J]. 刘复合. 热加工工艺. 2017(20)
[2]高温及氧化对WC-10Co4Cr涂层微观结构及性能的影响[J]. 吴燕明,赵坚,陈小明,伏利,毛鹏展,周夏凉. 中国有色金属学报. 2017(07)
[3]HVOF喷涂WC-10Co4Cr涂层的性能及滑动磨损机理[J]. 陈小明,周夏凉,吴燕明,伏利,赵坚,王莉容,毛鹏展,赵鹏,马红海. 表面技术. 2017(03)
[4]热处理对超音速火焰喷涂WC涂层微观结构及性能的影响[J]. 赵坚,陈小明,吴燕明,伏利,王莉容,刘伟. 兵器材料科学与工程. 2017(02)
[5]WC-CoCr涂层热震及高温抗氧化性能[J]. 陈江涛,孙万昌,岳江峰,董储蓄,张磊,梅良灿,刘雄博. 热加工工艺. 2016(22)
[6]稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及抗高温氧化性能的影响[J]. 庞秋,胡志力,张荣,左小琼,武高辉. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[7]稀土元素对Nb-Si基超高温合金的合金化作用和抗氧化涂层改性作用[J]. 孙志平,尹梦娇,赵崇军. 铸造技术. 2016(05)
[8]粉末结构对HVOF喷涂WC-Co涂层组织性能的影响[J]. 马宁,程振雄,乌焕涛,叶福兴. 稀有金属材料与工程. 2015(12)
[9]WC-Co硬质合金最新进展[J]. 张卫兵,刘向中,陈振华,陈鼎,彭程. 稀有金属. 2015(02)
[10]碳化钨涂层高温摩擦磨损行为[J]. 闫玉涛,廉巨龙,徐元军,孙志礼. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
博士论文
[1]稀土掺杂NiAl金属间化合物结构和性能的第一性原理研究[D]. 何君琦.哈尔滨工业大学 2013
[2]TiC基金属陶瓷界面结合的第一性原理研究[D]. 申玉芳.广西大学 2012
硕士论文
[1]稀土改性热喷涂WC/12Co涂层的制备及表征[D]. 周红霞.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3428194
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3428194.html
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