【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,機械設(shè)備往往要長期處在一個比較惡劣的工作環(huán)境下工作。機械零部件很容易發(fā)生磨損,腐蝕。導(dǎo)致機械設(shè)備失效,企業(yè)損失嚴(yán)重。所以要求機械設(shè)備材料具備很高的耐磨損,耐腐蝕,耐高溫能力,能應(yīng)用在惡劣的工作條件下。改變材料表面性能,是防治這個問題發(fā)生的最好的方法。表面改性方法到目前為止已經(jīng)有很多,其中包括:熱噴涂,激光熔覆,電鍍,熱擴滲,化學(xué)滲,鑄滲等方法。鑄造燒結(jié)法是一種用于制備金屬基表面復(fù)合材料的新技術(shù),具有工藝簡單,節(jié)省材料,大熱流密度,燒結(jié)時間短等優(yōu)點,所制備的金屬基表面復(fù)合材料工件具有優(yōu)良的綜合性能。本文分別采用了自熔性Ni60合金粉末,自熔性Cu粉,自熔性Cu粉+Al粉+CuO粉等合金體系澆注純銅熔液進行鑄造燒結(jié)工藝的探索,探索了不同合金粉末燒結(jié)體系及工藝參數(shù)對銅基表面鑄造燒結(jié)復(fù)合層形成的影響。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀、X衍射儀等微觀分析手段對鑄造燒結(jié)復(fù)合層的微觀組織、物相的組成、分布及形貌、燒結(jié)層與基體的結(jié)合情況等進行了分析。同時還研究了添加Al2O3增強顆粒對鑄造燒結(jié)復(fù)合層的組織和性能的影響。研究結(jié)果表明:1)銅基合金粉末整體燒結(jié)效果不太好,加入1%Al+4%CuO反應(yīng)體系可以在一定程度上改善銅基合金粉末的燒結(jié)效果,進一步提高Al+CuO反應(yīng)體系的加入量,由于反應(yīng)劇烈,反而會降低燒結(jié)層與基體的結(jié)合效果和燒結(jié)層的致密度。在自熔性銅基合金粉末中加入Al2O3會使其與試樣的界面結(jié)合強度降低,而燒結(jié)層的孔隙也越來越多,致密化程度不斷降低,但是其硬度隨著Al2O3的增加而增加。2)鎳基表面燒結(jié)層能與基體表面實現(xiàn)冶金的結(jié)合,燒結(jié)層具有較高的強度和致密度,鑄造燒結(jié)效果明顯好于自熔性銅鎳基表面燒結(jié)層。鎳基表面燒結(jié)層明顯分為兩層:外層為Ni60/Al2O3復(fù)合層,內(nèi)層為擴散層。復(fù)合層相組成主要是Ni基固溶體,硬質(zhì)相硼化物CrB,金屬間化合物Cr3Ni2。3)Ni60-Al2O3燒結(jié)得到的復(fù)合材料硬度相對于基體材料都有了比較明顯的提高。加入Al2O3含量10%時硬度達到最大。復(fù)合層Al2O3含量10%時導(dǎo)熱系數(shù)最大,更利于高溫工作,20%時致密性不夠好,導(dǎo)熱系數(shù)最小。加入適量的Al2O3含量可以提高鎳基表面燒結(jié)層的耐磨性能,當(dāng)Al2O3含量10%時耐磨性最好;Al2O3含量達到20%時耐磨性變差;Al2O3含量20%時,燒結(jié)層的結(jié)合強度較低,摩擦?xí)r粉末顆粒會脫落,從而嚴(yán)重影響燒結(jié)層的耐磨性。
[Abstract]:In modern industrial production, machinery and equipment often have to work in a harsh working environment for a long time. Mechanical parts are prone to wear and corrosion. It leads to the failure of machinery and equipment, and the loss of enterprises is serious. Therefore, mechanical equipment materials are required to have high wear resistance, corrosion resistance, high temperature resistance, and can be used in harsh working conditions. Changing the surface properties of materials is the best way to prevent and cure this problem. So far, there are many surface modification methods, including thermal spraying, laser cladding, electroplating, thermal diffusion, chemical infiltration, casting infiltration and so on. Casting sintering is a new technology for preparing metal matrix surface composites. It has the advantages of simple process, material saving, high heat flux, short sintering time and so on. The fabricated metal matrix surface composite workpieces have excellent comprehensive properties. In this paper, self-fusing Ni60 alloy powder, self-fluxing Cu powder Al powder CuO powder and other alloy systems were used to investigate the casting sintering process of pure copper. The effects of different sintering systems and technological parameters on the formation of cast sintering composite layer on Cu-based surface were investigated. By means of optical microscope, scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffractometer, the microstructure, phase composition, distribution and morphology of the cast-sintering composite layer and the bonding between the sintered layer and the matrix were analyzed. At the same time, the effect of Al2O3 reinforced particles on the microstructure and properties of cast-sintering composite layer was also studied. The results show that: 1) the sintering effect of Cu-based alloy powder is not very good. The addition of 1%Al 4%CuO reaction system can improve the sintering effect of Cu-based alloy powder to a certain extent, and further increase the amount of Al CuO reaction system. Because of the intense reaction, the bonding effect between the sintered layer and the matrix and the density of the sintered layer will be reduced. Adding Al2O3 to the self-fluxing Cu-based alloy powder will reduce the interfacial bonding strength of the sample, and the porosity of the sintered layer will also increase, and the densification degree will decrease continuously. However, the hardness increases with the increase of Al2O3. 2) Ni-based surface sintering layer can combine with the matrix surface in metallurgy. The sintering layer has higher strength and density, and the casting sintering effect is obviously better than that of self-fluxing Cu-Ni-based surface sintering layer. The sintering layer on Ni-based surface is obviously divided into two layers: the outer layer is Ni60/Al2O3 composite layer and the inner layer is diffusion layer. The phase composition of the composite layer is mainly Ni-based solid solution, and the hardness of the composite sintered with the rigid phase boride CrB, intermetallic compound Cr3Ni2.3) Ni60-Al2O3 is obviously higher than that of the matrix material. The hardness reached the maximum when the content of Al2O3 was 10%. When the Al2O3 content of the composite layer is 10%, the thermal conductivity is the largest, which is more conducive to the high temperature work. The density of the composite layer is not good enough at 20% and the thermal conductivity is the smallest. The wear resistance of Ni-based sintering layer can be improved by adding appropriate amount of Al2O3, the wear resistance is the best when the content of Al2O3 is 10%, the wear resistance is worse when the content of Al2O3 is up to 20%. When the content of Al2O3 is 20%, the bonding strength of the sintered layer is low, and the powder particles will fall off during friction, which will seriously affect the wear resistance of the sintered layer.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG24;TB33

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本文編號：2446126