本文關(guān)鍵詞：鋁合金表面涂層攪拌摩擦加工作用機(jī)制和組織性能研究

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【摘要】：針對(duì)鋁合金表面熱噴涂涂層因涂層內(nèi)部多孔疏松、結(jié)構(gòu)不均勻、組織不致密等缺陷導(dǎo)致其力學(xué)性能較差,且涂層和基體無法良好結(jié)合等問題,本文工作使用攪拌摩擦加工技術(shù)對(duì)熱噴涂涂層進(jìn)行改性,以期能為相關(guān)研究工作提供參考幫助。實(shí)驗(yàn)使用無針平面攪拌頭對(duì)鋁合金表面熱噴涂鋁基l?T BOA i2 3 2復(fù)相涂層進(jìn)行攪拌摩擦加工,控制單一變量,探索攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、水平進(jìn)給速度、加工道次以及豎直下壓力深對(duì)加工作用的影響規(guī)律,使用abaqus有限元模擬分析加工過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng),使用OM、SEM、EDS、TEM、粘結(jié)拉伸試驗(yàn)、維氏硬度計(jì)檢測(cè)以及摩擦磨損試驗(yàn)等觀察檢測(cè)手段來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果并參考相關(guān)文獻(xiàn)資料,探究了攪拌摩擦加工的作用機(jī)制,得到了以下結(jié)論:(1)攪拌摩擦加工后,涂層發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,原始的疏松多層累積疊加結(jié)構(gòu)消失、組織缺陷也隨之消失,呈現(xiàn)均勻且致密的整體結(jié)構(gòu)。加工后涂層的晶粒尺寸度達(dá)到了超細(xì)晶的程度。多道次加工過程中,涂層組織先后經(jīng)歷了:減薄壓實(shí)—流線組織—?jiǎng)討B(tài)再結(jié)晶—致密細(xì)晶組織,幾個(gè)階段的演變。加工后,涂層和基體通過固相焊合產(chǎn)生冶金結(jié)合,取代了原始的機(jī)械、物理式結(jié)合。因?yàn)橥繉雍突w間的融合,7075鋁合金基體當(dāng)中的Zn、Mg、Cu等合金元素?cái)U(kuò)散到涂層當(dāng)中;(2)攪拌摩擦加工后,涂層的力學(xué)性能得到顯著提高。細(xì)晶組織涂層顯微硬度由平均72HV提高到269HV,壓實(shí)組織平均硬度達(dá)到了85HV,流線組織的平均硬度達(dá)到了151HV。加工前,熱噴涂涂層的平均結(jié)合強(qiáng)度為5.2MPa,涂層加工后的平均結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到48.6MPa,結(jié)合強(qiáng)度顯著提高。經(jīng)過攪拌摩擦加工,涂層的耐磨性能得到了極大的提高,加工前涂層的平均磨損率為0.141g/h,加工后平均磨損率僅為0.00256g/h,加工后涂層的磨損率僅為加工前的1.8%。(3)攪拌摩擦加工技術(shù)是一種熱機(jī)械加工變形技術(shù),它有著優(yōu)良的綜合加工能力。加工過程中,原始組織晶粒內(nèi)部發(fā)生了劇烈而繁復(fù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。通過位錯(cuò)的移動(dòng),原始涂層晶粒被逐漸分割細(xì)化,從而實(shí)現(xiàn)涂層組織的轉(zhuǎn)變。攪拌摩擦加工的熱機(jī)械變形高溫和高壓為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶提供驅(qū)動(dòng)力,高應(yīng)變速率使細(xì)小晶粒得以保留,最終涂層組織發(fā)生演變,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)小新晶粒取代原始組織。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦加工 熱噴涂涂層 鋁合金 組織演變 超細(xì)晶
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 鋁合金表面熱噴涂處理10-13
• 1.3 攪拌摩擦加工13-17
• 1.3.1 攪拌摩擦加工對(duì)材料微觀組織結(jié)構(gòu)改性的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 攪拌摩擦加工對(duì)超塑性材料制備的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 攪拌摩擦加工對(duì)復(fù)合材料以及合金制備的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 課題介紹17-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案以及研究方法19-29
• 2.1 研究路線方案19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料20
• 2.3 熱噴涂涂層制備20-22
• 2.3.1 基體表面預(yù)處理20-21
• 2.3.2 火焰噴涂制備涂層21-22
• 2.4 攪拌摩擦加工22-26
• 2.4.1 攪拌摩擦加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-23
• 2.4.2 攪拌頭設(shè)計(jì)23-25
• 2.4.3 工藝參數(shù)設(shè)計(jì)25-26
• 2.5 有限元模擬分析26
• 2.6 分析測(cè)試方法26-29
• 2.6.1 金相試樣制備27
• 2.6.2 金相組織觀察27-28
• 2.6.3 加工前后涂層力學(xué)性能測(cè)試28-29
• 第3章 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工組織形貌29-44
• 3.1 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工后宏觀形貌分析29-34
• 3.1.1 攪拌頭下壓力對(duì)涂層外觀形貌的影響29-30
• 3.1.2 攪拌頭行進(jìn)速度對(duì)涂層外觀形貌的影響30-32
• 3.1.3 攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度對(duì)涂層外觀形貌的影響32-33
• 3.1.4 加工道次對(duì)涂層外觀形貌的影響33-34
• 3.2 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工后整體組織形貌34-36
• 3.3 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工后局部微觀組織36-38
• 3.4 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工后界面組織分析38-39
• 3.5 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工中組織演變規(guī)律39-41
• 3.6 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工后元素分布41-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 鋁合金表面復(fù)相涂層攪拌摩擦加工力學(xué)性能44-58
• 4.1 顯微硬度44-48
• 4.1.1 顯微硬度檢測(cè)結(jié)果44-46
• 4.1.2 顯微硬度結(jié)果分析46-48
• 4.2 結(jié)合強(qiáng)度48-54
• 4.2.1 結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果48-50
• 4.2.2 結(jié)合強(qiáng)度結(jié)果分析50-54
• 4.3 耐磨性能54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 鋁合金表面涂層攪拌摩擦加工作用機(jī)制58-71
• 5.1 劇塑性加工58-62
• 5.1.1 再結(jié)晶細(xì)化機(jī)制59
• 5.1.2 交替剪切機(jī)制59
• 5.1.3 位錯(cuò)細(xì)化機(jī)制59-60
• 5.1.4 孿晶細(xì)化機(jī)制60-61
• 5.1.5 晶界滑移和扭轉(zhuǎn)機(jī)制61-62
• 5.1.6 增強(qiáng)體相細(xì)化機(jī)制62
• 5.2 攪拌摩擦加工與劇塑性加工62-63
• 5.3 ABAQUS有限元模擬63-67
• 5.3.1 建模過程63-64
• 5.3.2 模擬結(jié)果64-67
• 5.4 TEM微觀組織分析67-69
• 5.5 攪拌摩擦加工作用機(jī)制分析69-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 第6章 總結(jié)與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 致謝78-79
• 附錄79

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10 方

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