本文關(guān)鍵詞：氧化鉻—氧化鈦復(fù)合涂層摩擦學(xué)性能研究以及在直線超聲電機(jī)上的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 等離子噴涂 氧化鉻-氧化鈦涂層 超聲電機(jī) 氧化鈰 氧化鑭 摩擦材料

【摘要】：超聲電機(jī)是一種利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),使彈性體在超聲頻段內(nèi)產(chǎn)生振動,通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用獲得運(yùn)動和扭矩的新型電機(jī)。因具有許多優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用機(jī)器人、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。由于超聲電機(jī)是靠定子、轉(zhuǎn)子間的摩擦傳遞驅(qū)動力,因而摩擦材料的性能對超聲電機(jī)的機(jī)械特性和使用壽命有著至關(guān)重要的影響。直線超聲電機(jī)定子驅(qū)動頭是金屬合金,動子是結(jié)構(gòu)陶瓷,所用材質(zhì)的硬度相差較大,工作過程中往往會造成定子驅(qū)動頭表面損傷嚴(yán)重,致使穩(wěn)定性降低,服役壽命大大縮減。因而摩擦材料的研究成為解決這個問題的關(guān)鍵因素之一。本論文選用氧化鉻-氧化鈦陶瓷為研究對象,并通過添加氧化鈰、氧化鑭對其進(jìn)行改性,研究其摩擦學(xué)性能,以制備符合直線超聲電機(jī)使用要求的摩擦材料。論文系統(tǒng)研究了氧化鉻-氧化鈦涂層的制備工藝、組分設(shè)計(jì),以及稀土氧化物類型和含量對氧化鉻-氧化鈦基陶瓷涂層的晶相結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、摩擦磨損性能及超聲電機(jī)輸出特性等性能影響,并利用掃描電鏡、3D形貌分析儀分析了陶瓷涂層表面磨損形貌,探討了涂層的磨損機(jī)理。最后得到了以下主要結(jié)論:1、利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在45號鋼基體表面進(jìn)行等離子噴涂,研究了送粉量、電弧電流、電弧電壓三個工藝參數(shù)對涂層性能的影響。結(jié)果表明:在本試驗(yàn)條件下,噴涂氧化鉻-氧化鈦涂層的優(yōu)化工藝參數(shù)為:送氣量60g/min,電弧電流600A,電弧電壓70V。2、添加氧化鈰對陶瓷涂層進(jìn)行改性。結(jié)果表明:氧化鈰可以降低涂層表面粗糙度,增加涂層的結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度,減小氣孔率,細(xì)化晶粒,改善摩擦磨損性能。未加氧化鈰的氧化鉻-氧化鈦的涂層磨損量為1.05×10~(-5)mm~3/N·m,當(dāng)氧化鈰含量為4wt.%時,涂層的磨損率最低為5.56×10~(-6)mm~3/N·m。稀土氧化物的加入并沒有改變涂層的磨損機(jī)理,涂層對磨氮化硅球的磨損機(jī)理主要是粘著磨損和疲勞磨損。3、添加氧化鑭對陶瓷涂層進(jìn)行改性。結(jié)果表明:氧化鑭同樣可以增加涂層的結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度,減小氣孔率,細(xì)化晶粒,改善摩擦磨損性能。當(dāng)氧化鑭含量為3wt.%時,涂層的磨損率最低為4.65×10~(-6)mm~3/N·m。涂層對磨氮化硅球的磨損機(jī)理仍然是粘著磨損和疲勞磨損。4、在定子驅(qū)動頭上制備分別添加氧化鈰、氧化鑭的氧化鉻-氧化鈦陶瓷涂層,進(jìn)行超聲電機(jī)磨損實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:定子表面噴涂的陶瓷涂層有很好的耐磨損性能,超聲電機(jī)定子驅(qū)動頭得到很好的保護(hù),堵轉(zhuǎn)力矩基本保持不變,壽命大大提高。
【關(guān)鍵詞】：等離子噴涂 氧化鉻-氧化鈦涂層 超聲電機(jī) 氧化鈰 氧化鑭 摩擦材料
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.453;TM359.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 緒論15-26
• 1.1 摩擦學(xué)15-18
• 1.1.1 摩擦學(xué)的發(fā)展15-16
• 1.1.2 現(xiàn)代摩擦研究的主要內(nèi)容16
• 1.1.3 摩擦磨損機(jī)理16-18
• 1.2 熱噴涂技術(shù)及其分類18-22
• 1.2.1 等離子噴涂技術(shù)19-20
• 1.2.2 Cr_2O_3基耐磨陶瓷涂層20-22
• 1.3 直線超聲電機(jī)簡介22-25
• 1.3.1 超聲電機(jī)對摩擦材料的要求23-24
• 1.3.2 超聲電機(jī)摩擦材料進(jìn)展24-25
• 1.4 課題研究內(nèi)容及本文工作安排25-26
• 第二章 等離子噴涂材料、設(shè)備及檢測方法26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 摩擦材料涂層的工藝流程及性能測試26-29
• 2.2.1 噴涂原材料和設(shè)備26-27
• 2.2.2 基材預(yù)處理27-29
• 2.3 陶瓷涂層的性能測試29-33
• 2.3.1 硬度測試29-30
• 2.3.2 孔隙率的測試30
• 2.3.3 結(jié)合強(qiáng)度測試30-31
• 2.3.4 噴涂粉末及涂層的相結(jié)構(gòu)分析31
• 2.3.5 涂層形貌表征及EDS分析31
• 2.3.6 摩擦磨損試驗(yàn)31-32
• 2.3.7 直線超聲電機(jī)機(jī)械性能測試32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 等離子噴涂Cr_2O_3-20wt.%TiO_2涂層工藝優(yōu)化34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 涂層噴涂工藝參數(shù)正交設(shè)計(jì)34-35
• 3.3 涂層設(shè)計(jì)分析35-39
• 3.3.1 電弧電壓對涂層性能的影響38
• 3.3.2 電弧電流對涂層性能的影響38-39
• 3.3.3 送粉量對涂層硬度的影響39
• 3.3.4 因素主次分析及工藝優(yōu)化39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 CeO_2添加劑對等離子噴涂涂層組織與性能的影響41-62
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-45
• 4.2.1 原料42
• 4.2.2 原料處理42-45
• 4.3 結(jié)果與討論45-61
• 4.3.1 相結(jié)構(gòu)分析45-46
• 4.3.2 添加CeO_2涂層的表面和橫截面形貌表征46-49
• 4.3.3 涂層EDS分析49-50
• 4.3.4 硬度和結(jié)合強(qiáng)度測試50-51
• 4.3.5 涂層磨擦磨損性能測試51-53
• 4.3.6 磨損表面SEM表征53-55
• 4.3.7 涂層磨損 3D形貌表征55-57
• 4.3.8 涂層磨損輪廓圖與磨損量測試57-58
• 4.3.9 涂層在直線超聲電機(jī)上的應(yīng)用58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 La_2O_3添加劑對等離子噴涂涂層組織與性能的影響62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分62-63
• 5.2.1 原料62-63
• 5.2.2 原料處理63
• 5.3 結(jié)果與討論63-71
• 5.3.1 相結(jié)構(gòu)分析63
• 5.3.2 添加La_2O_3涂層橫截面形貌表征63-64
• 5.3.3 涂層EDS分析64-66
• 5.3.4 顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度測試66
• 5.3.5 涂層摩擦磨損性能測試66-67
• 5.3.6 磨損表面SEM表征67-68
• 5.3.7 涂層磨損3D形貌表征68-69
• 5.3.8 涂層磨損輪廓圖和磨損量測試69-71
• 5.3.9 涂層在直線超聲電機(jī)上的應(yīng)用71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

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本文編號：1010923