锆钛合金微弧氧化与激光表面改性研究

发布时间：2017-09-19 05:08

  本文关键词：锆钛合金微弧氧化与激光表面改性研究

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【摘要】：本文以工业工业纯锆(Zr702)和新型锆基合金(ZrTiAlV)为研究对象,利用微弧氧化陶瓷涂层制备装置和激光加工处理成套装置开展了微弧氧化和激光表面处理试验,采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、纳米压痕仪、低温真空摩擦磨损试验机等分析测试手段对处理后Zr702和ZrTiAlV合金的显微组织结构、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。经过微弧氧化处理后,Zr702和ZrTiAlV合金表面均获得了一层陶瓷氧化层,平均厚度分别为2μm和2.5μm,膜层由疏松层和致密层两部分组成;Zr702表面得到的陶瓷层主要由M-ZrO2和T-ZrO2构成,且以M-ZrO2居多;ZrTiAlV合金表面陶瓷层主要由ZrTiO4及少量ZrO2组成。硬度测试结果表明,微弧氧化处理使Zr702和ZrTiAlV合金表面纳米硬度显著提高,其原因在于表面生成了高强度陶瓷氧化物。摩擦磨损试验结果表明,微弧氧化后,Zr702和ZrTiAlV合金在室温大气和低温真空环境条件下平均摩擦系数和磨损量均低于处理前,表现出较为优异的耐磨特性。经过激光表面淬火或激光表面熔凝处理后,ZrTiAlV合金表面获得了具有一定深度的改性层。激光表面淬火后,ZrTiAlV合金截面可区分为热影响区和基体两部分,热影响区由粗大片状β晶粒组成,这与快速冷却时高温β相来不及转变为α相而被保留下来有关;激光表面熔凝后截面可分为重熔区、热影响区和基体三部分,重熔区由粗大片状β晶粒组成,这与熔池冷却过程中β晶粒外延生长有关。硬度测试结果表明,激光表面处理后,ZrTiAlV合金改性区的显微硬度均明显低于处理前,热影响区与基体过渡区显微硬度明显上升;激光表面处理后ZrTiAlV合金表面纳米硬度均没有得到明显提高,原因在于改性区粗大的晶粒组织。摩擦磨损实验表明,经激光表面处理后,ZrTiAlV合金表面的平均摩擦系数和磨损量均未发生明显变化,说明激光表面处理对锆基合金摩擦磨损性能的改性效果有限。
【关键词】：锆基合金 微弧氧化 激光表面处理 组织性能 摩擦磨损
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【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
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 选题背景及研究意义9
• 1.2 锆及锆合金的发展与应用9-10
• 1.3 锆基合金的表面改性10-11
• 1.4 锆基合金的微弧氧化11-15
• 1.4.1 微弧氧化的影响因素11-12
• 1.4.2 微弧氧化的特点12-13
• 1.4.3 研究现状与分析13-15
• 1.5 锆基合金的激光表面处理15-20
• 1.5.1 激光表面淬火和表面熔凝的影响因素15-16
• 1.5.2 激光表面淬火和表面熔凝的特点16-17
• 1.5.3 研究现状与分析17-20
• 1.6 主要研究内容20-22
• 第2章 试验材料及方法22-28
• 2.1 试验材料22
• 2.2 微弧氧化处理22-23
• 2.3 激光表面处理23-25
• 2.4 试样制备加工25
• 2.5 分析测试方法25-28
• 2.5.1 金相显微分析25-26
• 2.5.2 X射线衍射分析26
• 2.5.3 扫描电子显微分析26
• 2.5.4 硬度测试26
• 2.5.5 摩擦磨损行为分析26-28
• 第3章 Zr702和ZrTiAlV合金微弧氧化改性研究28-47
• 3.1 引言28
• 3.2 Zr702微弧氧化改性研究28-37
• 3.2.1 显微组织分析28-30
• 3.2.2 硬度分析30-32
• 3.2.3 摩擦磨损行为分析32-37
• 3.3 ZrTiAlV合金微弧氧化改性研究37-45
• 3.3.1 显微组织分析37-39
• 3.3.2 硬度分析39-40
• 3.3.3 摩擦磨损行为分析40-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 ZrTiAlV合金激光表面改性研究47-74
• 4.1 引言47
• 4.2 显微组织分析47-58
• 4.2.1 激光表面淬火对显微组织的影响48-52
• 4.2.2 激光表面熔凝对显微组织的影响52-58
• 4.3 硬度分析58-64
• 4.3.1 激光表面淬火对硬度的影响58-61
• 4.3.2 激光表面熔凝对硬度的影响61-64
• 4.4 摩擦磨损行为分析64-72
• 4.4.1 激光表面淬火对摩擦磨损行为的影响64-68
• 4.4.2 激光表面熔凝对摩擦磨损行为的影响68-72
• 4.5 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王双;郭锋;白海瑞;严慧;刘佳佳;;不同电解液体系中锆合金微弧氧化陶瓷层组织结构和耐磨性能[J];稀有金属材料与工程;2010年04期

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本文编号：879659