强流脉冲碳氢离子束辐照WC-Ni硬质合金涂层表面改性研究

发布时间：2017-09-17 02:01

  本文关键词：强流脉冲碳氢离子束辐照WC-Ni硬质合金涂层表面改性研究

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【摘要】：分别在TEMP-6型和TEMP-4M型强流脉冲离子束(HIPIB)装置上开展强流脉冲离子束辐照超音速火焰喷涂(HVOF) WC-Ni硬质合金涂层的表面改性实验,研究了不同成分离子束辐照WC-Ni硬质合金涂层形貌特征、相结构、表面显微硬度及硬度深度分布的变化规律,探讨了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金涂层的表面改性机制。采用束流密度200 A/cm2、脉冲宽度70 ns、离子束成分30%碳离子和70%氢离子的混合离子束对WC-10Ni和WC-12Ni硬质合金涂层进行1-10次辐照。多次HIPIB辐照使硬质合金涂层表面出现大量丘状凸起,并相连成条状,涂层表面粗糙度Ra值显著增大：WC-10Ni和WC-12Ni涂层表面粗糙度分别由原始的0.637μm和0.019μm增加到2.443μm和0.150μm。随着辐照次数的增加,硬质合金涂层表面WC硬质相发生反复重熔、Ni粘结相发生选择性烧蚀,HVOF涂层制备工艺下残留的微孔得到焊合,微区范围内光滑致密化,重熔层深度增加,10次辐照后,两者的重熔层深度分别达到3-4μm。HIPIB辐照使硬质合金涂层表层发生六方相a-WC向立方相β-WC1-x转变,转变量随辐照次数增加而变大。WC-10Ni和WC-12Ni硬质合金涂层表面硬度随辐照次数的增加分别呈现出“先增加-后减小”和“先增加-后不变-再增加”的变化规律,10次辐照后,表面硬度分别由原始试样的10.4 GPa和10.5 GPa分别提高至14.6 GPa和13.3 GPa。HIPIB辐照在硬质合金涂层表面形成重熔层,并在远大于离子射程范围内产生“长程硬化”效应,硬化层深度均随辐照次数的增加而增大,10次辐照后,WC-10Ni和WC-12Ni涂层的硬化层深度分别达到140μm和90μm。采用离子束成分85%碳离子和15%氢离子、束流密度200 A/cm2、脉冲宽度100 ns、离子束1-10次辐照WC-12Ni硬质合金涂层。多次HIPIB辐照在WC-12Ni硬质合金涂层表面形成烧蚀坑和网状微裂纹的表面形貌,涂层表面粗糙度Ra值呈现出“先增加-后减小”的变化规律：1次辐照后涂层表面粗糙度由原始试样的0.021μm增加到0.164μm,5次和10次辐照后依次减小至0.118μm和0.111μm。涂层表层也发生六方相a-WC向立方相β-WC1-x转变,转变量随辐照次数增加而增大。涂层表面硬度随辐照次数而增加,10次辐照后,涂层表面硬度由原始试样的10.5 GPa增加至14.1 GPa。5次和10次辐照后WC-12Ni硬质合金涂层表层硬度随涂层深度变化出现“双峰结构”现象。
【关键词】：强流脉冲离子束 超音速火焰喷涂 WC-Ni硬质合金涂层 辐照 表面改性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 硬质合金9-13
• 1.1.1 硬质合金的发展9-10
• 1.1.2 硬质合金表面改性10-13
• 1.2 超音速火焰喷涂13-14
• 1.3 强流脉冲离子束14-19
• 1.3.1 强流脉冲离子束的技术原理15
• 1.3.2 强流脉冲离子束与固体材料的交互作用15-17
• 1.3.3 强流脉冲离子束技术在硬质合金表面改性中的应用17-19
• 1.4 本论文研究目的与内容19-21
• 1.4.1 研究目的19-20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 2 实验材料、工艺及分析方法21-28
• 2.1 实验材料21-22
• 2.2 硬质合金涂层的制备22
• 2.3 强流脉冲离子束辐照工艺22-27
• 2.3.1 单极脉冲模式外磁绝缘离子源辐照工艺23-25
• 2.3.2 双极脉冲模式自磁绝缘离子源辐照工艺25-27
• 2.4 分析方法27-28
• 3 外磁绝缘离子源辐照硬质合金涂层表面特性28-42
• 3.1 形貌特征28-34
• 3.1.1 表面形貌28-32
• 3.1.2 横截面形貌32-34
• 3.2 相结构34-37
• 3.3 显微硬度37-39
• 3.4 讨论39-42
• 4 自磁绝缘离子源辐照硬质合金涂层表面特性42-51
• 4.1 形貌特征42-45
• 4.1.1 表面形貌42-44
• 4.1.2 横截面形貌44-45
• 4.2 相结构45-47
• 4.3 显微硬度47-49
• 4.4 讨论49-51
• 结论51-53
• 参考文献53-58
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况58-59
• 致谢59-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 余米香;范洪远;熊计;;离子注入在硬质合金刀具中的应用[J];工具技术;2008年06期

2 王志平,霍树斌,刘瑾;超音速火焰喷涂(HVOF)技术的发展与工艺特点[J];焊接;2000年06期

3 王宝友,崔丽华;涂层刀具的涂层材料、涂层方法及发展方向[J];机械;2002年04期

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本文编号：866583