本文關(guān)鍵詞：鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒工藝與性能研究

  更多相關(guān)文章： 激光沖擊強(qiáng)化 納米顆粒 微觀形貌 顯微硬度 耐磨性 有限元模擬

【摘要】：鎂合金由于其比重輕、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子等制造領(lǐng)域,但是其表面強(qiáng)度和硬度較低、耐磨性能較差,嚴(yán)重阻礙了其工程應(yīng)用,提高輕合金表面性能成為結(jié)構(gòu)件制造中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。納米顆粒材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用于材料涂層的制備。激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)作為一種新型表面處理技術(shù),具有高壓、高能、超快、超高應(yīng)變率等顯著特點(diǎn),其產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波可以作為粒子植入的能量。結(jié)合上述特點(diǎn),本文利用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)將納米碳化硅顆粒植入AM50鎂合金表面,研究和分析植入后金屬表面與截面顯微硬度以及摩擦磨損性能,并利用ABAQUS有限元軟件模擬分析激光沖擊植入納米顆粒的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)以及二次沖擊納米顆粒間能量傳遞和運(yùn)動(dòng)過(guò)程,獲得了如下結(jié)論和主要研究進(jìn)展:(1)表征鎂合金激光沖擊植入納米顆粒后的表面與截面形貌,獲得納米顆粒尺寸對(duì)顆粒含量的影響規(guī)律;采用12 J單脈沖激光能量沖擊植入尺寸分別為60 nm、100 nm、200 nm的碳化硅顆粒,并觀察沖擊后表面及截面形貌。結(jié)果表明,激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)能夠有效植入納米碳化硅顆粒并對(duì)納米顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象起到一定的分散作用。激光沖擊植入不同尺寸的納米碳化硅顆粒時(shí),植入60 nm碳化硅顆粒的基體表層單位面積納米顆粒的含量較多,但激光沖擊植入100 nm和200 nm的碳化硅顆粒時(shí),激光沖擊使得納米碳化硅顆粒具有更好的分散性,顆粒分布更加均勻,團(tuán)聚現(xiàn)象更少。(2)研究激光沖擊植入納米顆粒后基體的顯微硬度和摩擦磨損性能,并解釋激光沖擊SiC納米顆粒植入后鎂合金抗磨損性能提高的作用機(jī)制;激光沖擊植入納米顆粒的基體表面顯微硬度為91.7 HV,相對(duì)于原始試樣提高了39.2%,相對(duì)于單純激光沖擊基體提高了21.1%;激光沖擊植入納米碳化硅顆粒試樣組的摩擦系數(shù)低于激光沖擊組和原始試樣組;激光沖擊植入納米顆粒過(guò)程中,激光沖擊波在基體表面不僅誘導(dǎo)產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力,同時(shí)細(xì)化基體表層晶粒,而且硬質(zhì)相SiC顆粒在激光沖擊作用下被植入基體表層,植入納米顆粒的試樣磨損量體積約為12.85×10-3 mm3,僅為原始基體磨損體積的13.9%,說(shuō)明激光沖擊植入納米顆粒能夠有效提高基體的顯微硬度和耐磨損性能。(3)模擬分析鎂合金激光沖擊植入SiC納米顆粒的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,推導(dǎo)SiC納米顆粒激光沖擊植入深度表達(dá)式。在激光沖擊植入納米顆粒動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,納米顆粒運(yùn)動(dòng)分散,并隨著時(shí)間的增加形成增強(qiáng)相表面形貌;隨著激光沖擊脈沖能量的增加,納米顆粒深度增加,并伴隨更大的塑性變形;二次沖擊增加納米顆粒植入的深度,使得植入顆粒更加分散。類比高速侵徹體對(duì)介質(zhì)的侵徹,推導(dǎo)出一次沖擊以及二次沖擊納米顆粒植入最大理論深度表達(dá)式,與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,并分析存在誤差的可能原因。綜上所述,本文研究首先為輕合金表面制備涂層提供了一種新方法,為深入了解鎂合金激光沖擊植入納米顆粒的性能改善提供了參考,并為了解激光沖擊植入納米顆粒動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程及植入深度提供了可供參考的分析與理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊強(qiáng)化 納米顆粒 微觀形貌 顯微硬度 耐磨性 有限元模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG178;TG665
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11
• 1.2 納米顆粒涂層制備方法11-14
• 1.3 激光技術(shù)制備納米涂層14-17
• 1.4 激光沖擊波植入納米顆粒的研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題17-19
• 1.5 本文的研究意義及主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.5.1 研究意義19-20
• 1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容20
• 本文研究?jī)?nèi)容得到以下基金資助20-21
• 第二章 鎂合金表面激光沖擊植入納米SiC理論研究21-27
• 2.1 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)21-22
• 2.1.1 激光沖擊波的形成21-22
• 2.1.2 激光沖擊強(qiáng)化模型22
• 2.2 激光沖擊形成沖擊波的力學(xué)效應(yīng)22-23
• 2.3 激光沖擊植入納米顆粒運(yùn)動(dòng)方程23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒實(shí)驗(yàn)研究27-43
• 3.1 激光沖擊植入納米顆粒實(shí)驗(yàn)27-31
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程概述27
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)材料27-29
• 3.1.3 試樣制備29-30
• 3.1.4 激光沖擊植入實(shí)驗(yàn)方案30-31
• 3.2 激光沖擊植入后試樣形貌及能譜分析31-38
• 3.2.1 激光沖擊植入試樣形貌分析32-35
• 3.2.2 激光沖擊植入不同尺寸納米SiC顆粒形貌分析35-38
• 3.3 激光沖擊植入納米SiC主要影響因素分析38-40
• 3.4 激光沖擊植入納米顆粒過(guò)程及機(jī)理分析40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒性能測(cè)試43-54
• 4.1 顯微硬度測(cè)試分析43-46
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法43-44
• 4.1.2 顯微硬度測(cè)試結(jié)果分析44-46
• 4.2 摩擦磨損測(cè)試分析46-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法46-47
• 4.2.2 摩擦磨損測(cè)試結(jié)果分析47-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒有限元模擬54-71
• 5.1 激光沖擊植入納米碳化硅顆粒有限元模型的建立54-58
• 5.2 有限元數(shù)值模擬結(jié)果58-64
• 5.2.1 納米顆粒動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程58-59
• 5.2.2 不同激光能量對(duì)激光沖擊植入的影響59
• 5.2.3 二次激光沖擊植入納米顆粒速度模擬59-62
• 5.2.4 二次激光沖擊對(duì)激光沖擊植入的影響62-64
• 5.3 激光沖擊植入納米顆粒理論深度模型64-69
• 5.3.1 一次激光沖擊植入納米顆粒深度模型64-67
• 5.3.2 二次激光沖擊植入納米顆粒深度模型67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研情況80-81
• 圖表清單81-83

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