發(fā)布時間：2017-10-19 11:44

  本文關(guān)鍵詞：銅基表面激光熔覆制備及仿生應(yīng)用

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【摘要】：銅及銅合金由于具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，但對銅材也提出了更高的要求，比如在汽車同步器齒環(huán)、工程機(jī)械液壓泵摩擦副和銅結(jié)晶器等方面，要求其具有很高的耐磨性和機(jī)械性能。在銅合金表面改性中，激光熔覆技術(shù)具有影響區(qū)窄、工件變形小、結(jié)合力強(qiáng)、效率高、無污染等優(yōu)點，是本文依托的基本制備技術(shù)。由于銅合金熱擴(kuò)散快、對激光的吸收率很低，采用了Nd: YAG激光器，通過預(yù)置粉末的方法在銅合金表面進(jìn)行激光熔覆。 仿生學(xué)研究發(fā)現(xiàn)蜣螂、穿山甲、螻蛄等土壤動物在穿過沙石和土壤過程中具有優(yōu)異的耐磨性，主要是因為動物體表具有形態(tài)非光滑、特殊的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等元素協(xié)同/耦合作用的特征。天然生物的優(yōu)異耐磨性能和高效耐磨原理為銅合金的表面改性研究提供了新的思路。 本文基于仿生學(xué)理論，利用激光熔覆技術(shù)，在銅合金基材表面制備類似生物體表典型特征的仿生單元體。探討激光參數(shù)對仿生單元體尺寸的影響，，獲取最優(yōu)的參數(shù)組合。通過改變?nèi)鄹膊牧系念愋�，在黃銅基體表面制備出具有不同化學(xué)組成的仿生單元體，研究表面具有單元體的仿生試樣的耐磨性能和機(jī)械性能，經(jīng)SEM、XRD等先進(jìn)儀器的測試與后續(xù)分析，揭示銅合金仿生試樣的耐磨機(jī)制和拉伸斷裂機(jī)制。研究表明： 1）單元體無明顯缺陷和孔洞，與基體材料形成冶金結(jié)合，熔覆質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求。鈷基單元體的硬度大約是基體硬度的3.3倍，而鎳基和鐵基單元體的硬度大約是基體硬度的5倍，三種單元體都明顯提高了銅基體試樣的硬度。 2）在激光加工參數(shù)中，脈寬是影響單元體寬度最主要的因素。對于鎳基單元體，激光加工參數(shù)最優(yōu)組合為電流170A、脈寬9ms、頻率12Hz、離焦量3mm。仿生試樣的單元體與基體的結(jié)合強(qiáng)度很高，在多層結(jié)構(gòu)中熔覆層與熔覆層之間結(jié)合強(qiáng)度也很高。 3）仿生試樣的平均摩擦系數(shù)與單元體的硬度測試結(jié)果所反映的材料耐磨性保持一致，鎳基與鐵基試樣、鈷基試樣和光滑試樣的摩擦系數(shù)依次增大；光滑試樣的磨損量約為鎳基和鐵基仿生試樣的4倍，大約是鈷基仿生試樣的1.5倍。仿生試樣的耐磨性能明顯好于光滑試樣，其中鎳基試樣的耐磨性與鐵基試樣相近，鈷基試樣的耐磨性次之。 4）隨著仿生單元體與試樣拉伸方向所成角度θ值的減少，仿生試樣所獲得的抗拉強(qiáng)度增大，拉伸性能得到提高。
【關(guān)鍵詞】：黃銅 仿生 激光熔覆 耐磨性 拉伸性能
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 研究目的及意義9-10
• 1.2 銅合金及其應(yīng)用現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 銅及銅合金的特性10-11
• 1.2.2 銅合金的分類11-12
• 1.2.3 銅合金的應(yīng)用12-14
• 1.3 仿生激光制備技術(shù)14-17
• 1.3.1 仿生制備14-15
• 1.3.2 仿生激光制備15-17
• 1.4 銅基材料激光熔覆研究17-21
• 1.4.1 激光與銅合金材料的交互作用17-20
• 1.4.2 銅基材料的激光熔覆研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 仿生激光熔覆技術(shù)與激光熔覆技術(shù)的區(qū)別21
• 1.6 研究內(nèi)容21-23
• 第2章 試驗材料和試驗方法23-29
• 2.1 試驗材料23-24
• 2.1.1 母體材料23
• 2.1.2 熔覆材料23-24
• 2.2 仿生單元體的制備24-25
• 2.3 樣品表征25-27
• 2.3.1 微觀分析和成分分析25-26
• 2.3.2 物相分析26-27
• 2.4 顯微硬度測量27
• 2.5 磨損試驗27
• 2.6 拉伸力學(xué)試驗27-29
• 第3章 銅基表面激光熔覆制備研究29-41
• 3.1 激光熔覆過程中的反應(yīng)行為29-31
• 3.1.1 熱力學(xué)理論基礎(chǔ)29-30
• 3.1.2 熔覆層反應(yīng)體系的熱力學(xué)計算30-31
• 3.2 顯微分析31-35
• 3.2.1 組織形貌31-32
• 3.2.2 成分分析32-34
• 3.2.3 物相分析34-35
• 3.3 稀釋率35-38
• 3.4 顯微硬度38
• 3.5 本章小結(jié)38-41
• 第4章 激光熔覆制備的仿生研究41-55
• 4.1 激光工藝參數(shù)對單元體尺寸的影響41-45
• 4.1.1 正交試驗方案設(shè)計41-42
• 4.1.2 正交試驗結(jié)果分析42-45
• 4.2 仿生試樣的形態(tài)設(shè)計45-47
• 4.3 仿生試樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計47-48
• 4.4 仿生試樣的制備48-53
• 4.4.1 單層結(jié)構(gòu)試樣的制備48-50
• 4.4.2 多層結(jié)構(gòu)試樣的制備50-53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 第5章 仿生激光熔覆制備材料的功能評價55-71
• 5.1 仿生激光熔覆制備材料的耐磨性55-62
• 5.1.1 耐磨性能的評價方法55-57
• 5.1.2 磨損行為57-61
• 5.1.3 磨損機(jī)制分析61-62
• 5.2 仿生激光熔覆制備材料的拉伸力學(xué)性能62-69
• 5.2.1 拉伸性能指標(biāo)62-63
• 5.2.2 拉伸力學(xué)行為63-69
• 5.2.3 機(jī)理分析69
• 5.3 本章小結(jié)69-71
• 第6章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 后續(xù)工作與展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果79-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1060918