【摘要】：鋁合金的發(fā)展使其在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,在汽車領(lǐng)域鋁合金是最具性價比的減重材料。但是由于硬度低,耐磨性差等缺點限制了鋁合金的應(yīng)用及發(fā)展,提高鋁合金表面硬度及其耐磨性是一個重要的課題。電弧氮化技術(shù)具有設(shè)備低廉、操作簡單、涂層與基體間結(jié)合強度高等優(yōu)點。攪拌摩擦加工技術(shù)可以通過控制攪拌針的長度、形狀可以實現(xiàn)對復(fù)合材料層厚度及成型的控制。本文對氮弧原位制備氮化鋁及攪拌摩擦處理制備表面復(fù)合材料層進行了研究,對氮化層形貌、成分進行分析,研究了氮化鋁的形成機制。對攪拌摩擦后的組織形貌進行分析,基于涂層的硬度與耐磨性能,解釋了攪拌摩擦過程中組織演變過程和強化機制,并研究了復(fù)合材料層的耐腐蝕性能。對鋁合金基體進行氮弧原位處理,分析氮化層的組織形貌及形成機制。經(jīng)過氮弧原位制備的氮化鋁以枝晶組織和層狀組織存在,氮化鋁厚度達到了300μm以上。在電弧的作用下,鋁合金基體表面受到電弧的熱作用熔化形成熔池,氮氣等離子體化,在擴散和對流作用下擴散進入熔池,與鋁發(fā)生氮化反應(yīng)生成氮化鋁。經(jīng)過氮弧處理的表面進行攪拌摩擦處理,對制備得到的復(fù)合材料層進行組織與性能的分析。攪拌摩擦處理后復(fù)合材料層厚度400μm左右,氮化鋁破碎為細小顆粒,分布均勻,嵌入到鋁合金基體中。復(fù)合材料層平均顯微硬度在110HV以上,硬度明顯提升。納米壓痕試驗表明復(fù)合材料層的硬度和模量均大幅提升。劃痕實驗表明在同等力和滑動距離條件下,復(fù)合材料層更耐劃。摩擦磨損實驗表明復(fù)合材料層的摩擦系數(shù)在0.15左右,而鋁合金母材在0.5左右,復(fù)合材料層磨損失重低于母材,磨痕淺且窄,其耐磨性能顯著改善。分析了攪拌摩擦處理過程中的組織演變及復(fù)合材料層的強化機制。在攪拌頭的作用下,氮化鋁被擠壓、破碎為小顆粒,隨鋁合金熱塑性材料流動,彌散分布于鋁合金基體表層,生成氮化鋁顆粒增強表面復(fù)合材料層,其強化機制主要包括第二相強化和形變強化。復(fù)合材料層的腐蝕行為表明氮化鋁的彌散介入對鋁合金表面的極化行為影響不大,與腐蝕電位升高,腐蝕敏感性降低。復(fù)合材料層的腐蝕形式表現(xiàn)為點蝕,圍繞著氮化鋁顆粒的鋁優(yōu)先被溶解發(fā)生點蝕,隨著蝕點生長連到一起發(fā)生剝落腐蝕,直到表面層中的鋁全部被溶解,剩下腐蝕產(chǎn)物及未發(fā)生反應(yīng)的氮化鋁相,構(gòu)成了腐蝕障礙層,降低了腐蝕速率。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4
【圖文】：

AlN陶瓷沉積直流濺射示意圖

這是因為注入過程中樣品的儲熱產(chǎn)生了較高的擴散速率，從而減少缺陷。隨著氮離子能量的增大，注入氮離子的鋁樣品的耐腐蝕性隨之增大。圖1-3 不同能量N+注入7049鋁合金的AFM圖像[26](a) 20 keV， (b) 22.5 keV， (c) 25 keV， (d) 30 keV

了亞微米和納米氮化鋁顆粒在鋁基粉末中的存在，加了氮化鋁的涂層硬度更高，納米壓痕試驗表明，有原位產(chǎn)生的氮化鋁顆粒的存在，涂層摩擦學性能的提高得到了證實，如圖1-4所示。圖1-4 原位AlN/Al復(fù)合材料[34](a) SEM圖像和EDX分析，(b) 維氏硬度1.3.2 電弧原位合成氮電弧是指在堆焊或者熔覆過程中，保護氣體采用全部氮氣或者采用氬氣與氮氣以一定的比例混合而產(chǎn)生的電弧。在鋁及其合金表面處理方面，氮弧與氬弧相比來說，具有一些特殊的優(yōu)點：（1）氮電弧能量更高，電弧挺度好，熱量更集中；（2）當用氮電弧處理鋁合金表面的時候，氮氣一方面作為保護氣體保護基體表面，另一方面又可以與基體的鋁反應(yīng)生成氮化鋁，氮化鋁作為增強相提高鋁合金表面的性能。氮電弧處理鋁合金表面原位合成是用氮電弧處理鋁及其合金的表面

【參考文獻】

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1 趙健;賀文雄;呂志軍;趙洪運;;鋼表面激光熔覆原位合成TiN復(fù)合涂層[J];焊接學報;2014年12期

2 李建昌;趙建國;馬璐萍;郝建軍;李勁松;馬躍進;;反應(yīng)氮弧熔覆TiAl(CN)/Fe金屬陶瓷復(fù)合涂層的組織與性能研究[J];焊接技術(shù);2013年03期

3 許國棟;敖宏;佘元冠;;可持續(xù)發(fā)展背景下世界鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及我國的對策[J];中國有色金屬學報;2012年07期

4 張建國;劉維廣;李龍;;國內(nèi)外鋁加工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、特點及水平對比分析[J];世界有色金屬;2011年12期

5 張廣安;吳志國;王明旭;范曉彥;王君;閆鵬勛;;Al/AlN多層膜的摩擦磨損性能研究[J];摩擦學學報;2007年03期

6 楊克濤,陳光輝;AlN薄膜的研究進展[J];山東陶瓷;2005年01期

本文編號：2748841