高能球磨法制备TiC陶瓷涂层的显微组织及力学性能研究

发布时间：2021-03-02 07:12

高能球磨过程中,磨球、粉末和球磨容器三者之间强烈地碰撞,导致粉末粘附于磨球表面以及球磨容器的内表面,形成或薄或厚的涂层。基于这一现象,利用球磨时材料间相互冷焊的原理发展了一种全新的表面处理技术-机械涂覆与强化技术,这种技术的诞生为金属表面涂层的制备技术提供了新的研究方向。本文采用行星式高能球磨机,利用机械涂覆与强化技术,在2024铝合金的表面分别制备了TiC涂层,TiC/Al复合涂层和Ti/Al/C复合涂层,其中后两种涂层的成分质量比分别为4:1和107:30:13。通过扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD),划痕实验,摩擦磨损实验等手段,研究了不同球磨时间下涂层的显微组织及力学性能,探讨了不同涂层的形成机理及演变过程。随着球磨时间的延长,涂层厚度和表观密度增加,但TiC涂层和Ti/Al/C复合涂层在球磨后期出现了涂层厚度的减少。TiC涂层,TiC/Al复合涂层和Ti/Al/C复合涂层所达到的最厚涂层分别27μm,46μm和36μm;涂层的显微硬度,结合强度,摩擦磨损性能也是随着球磨时间的延长而逐步提升。球磨12h的TiC涂层硬度最高,为478HV0.1,是基体硬度的三倍多;球磨40h的Ti/Al/C复合涂层界面的临界载荷最大,达到56.4N,具有很好的结合强度;TiC/Al复合涂层相对于TiC涂层有更低的摩擦系数。涂层与基体的结合以及涂层内部的粉末均由冷焊形成,随着球磨的进行,磨球带动粉末冲击基体,并逐步沉积到基体上形成涂层。在机械力的持续作用下,脆性的TiC粉末所形成的涂层中容易出现应力集中,从而产生裂纹,裂纹的扩展致使表层涂层剥落;而延性的Ti/Al/C粉末所形成的涂层,其良好的延展性使得表层区域逐渐呈现一体化,但XRD检测未显示有新相生成。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG174.4

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 铝合金表面陶瓷化改性研究现状

1.2.1 溶胶－凝胶法

1.2.2 稀土转化膜

1.2.3 激光熔覆

1.2.4 阳极氧化

1.2.5 微弧等离子体氧化

1.2.6 热喷涂技术

1.2.7 机械涂覆与强化技术

1.3 机械合金化技术

1.3.1 机械合金化技术简介

1.3.2 机械合金化的实验设备

1.3.3 机械合金化的球磨机理

1.3.4 影响机械合金化过程的主要因素

1.3.5 机械合金化的缺陷

1.4 论文研究内容

第二章实验设备、材料与方法

2.1 实验设备

2.1.1 行星球磨设备

2.1.2 金相试样制备设备

2.2 实验材料

2.2.1 TiC 涂层

2.2.2 TiC/Al 复合涂层

2.2.3 Ti/Al/C 复合涂层

2.3 实验方法

2.3.1 试样制备

2.3.2 试样表征

第三章 Al 基体表面TiC 涂层高能球磨制备及性能表征

3.1 显微组织分析

3.2 涂层厚度及组织随球磨时间的演变过程

3.3 显微硬度分析

3.4 划痕实验分析

3.5 摩擦磨损实验分析

3.6 本章小结

第四章 Al 基体表面TiC/Al 复合涂层高能球磨制备及性能表征

4.1 显微组织分析

4.2 涂层厚度及组织随球磨时间的演变过程

4.3 显微硬度分析

4.4 划痕实验分析

4.5 摩擦磨损实验分析

4.6 本章小结

第五章 Al 基体表面Ti/Al/C 复合涂层高能球磨制备及性能表征

5.1 显微组织分析

5.2 涂层厚度及组织随球磨时间的演变过程

5.3 物相分析

5.4 显微硬度分析

5.5 划痕实验分析

5.6 本章小结

第六章高能球磨制备不同体系涂层对比及涂层形成机理探讨

6.1 不同体系涂层对比

6.1.1 显微组织分析

6.1.2 力学性能分析

6.2 涂层形成机理探讨

6.3 本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的论文

【引证文献】