發(fā)布時(shí)間：2017-11-27 13:17

  本文關(guān)鍵詞：鋁基體上氮熱等離子體制備氮化層的組織與性能

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【摘要】：等離子體表面處理是發(fā)展迅速的材料表面改性新技術(shù)，通過改變材料表面的化學(xué)成分及微觀結(jié)構(gòu)使材料的表面性能顯著提高。采用含氮等離子體處理鋁及鋁合金可以獲得含有AlN等強(qiáng)化相的表面層，提高鋁基體的耐磨性。 本文采用等離子焊接設(shè)備獲得含氮熱等離子弧，在大氣壓下對(duì)6082鋁合金及1060純鋁基體進(jìn)行表面氮化處理，獲得了AlN強(qiáng)化的表面氮化層。試驗(yàn)表明，電流為140A，電弧氣氛中離子氣流量為氮?dú)?0L/h+氬氣25L/h，氬保護(hù)氣體流量為400L/h時(shí)，得到的氮化層成型較寬且平整，由AlN及鋁固溶體相組成的微觀結(jié)構(gòu)分布也較均勻。根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)特征可以把氮化層分為三個(gè)區(qū)域：底部的薄過渡區(qū)、下部的AlN枝晶區(qū)和中上部較厚的層狀結(jié)構(gòu)區(qū)。其中層狀結(jié)構(gòu)區(qū)由薄AlN層和較厚鋁固溶體層組成，兩相交替分布。氮化層三個(gè)區(qū)域具有不同的微觀結(jié)構(gòu)是AlN的生長條件和鋁熔體的毛細(xì)傳質(zhì)所決定的。根據(jù)鋁及鋁合金基體的熱等離子體表面氮化動(dòng)態(tài)過程，提出了試驗(yàn)條件下的氮化層形成模型。 在上述用含氮熱等離子對(duì)鋁基體直接氮化的基礎(chǔ)上，還開展了純鋁基體鈦輔助氮化試驗(yàn)。在送鈦粉及預(yù)敷鈦粉條件下，改變工藝參數(shù)中電弧電流和電弧氣氛中的氮?dú)獗壤M(jìn)行氮化，觀察測試了1060純鋁基體表面氮化層的微觀組織與性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種鈦輔助氮化條件下獲得的氮化層中，除了AlN強(qiáng)化相外，還出現(xiàn)了Al3Ti和TiN強(qiáng)化相，其中針狀的Al3Ti相在光鏡下呈藍(lán)色，TiN相呈金黃色且分布在Al3Ti中，而AlN呈灰色。對(duì)氮化層不同組織區(qū)域進(jìn)行納米壓痕分析表明，鋁固溶體平均彈性模量為77.546Gpa，平均硬度為0.418Gpa；藍(lán)色Al3Ti密集分布區(qū)域的平均彈性模量為138.721Gpa，平均硬度為2.649Gpa；而黃色TiN密集分布區(qū)的平均彈性模量為192.283Gpa，平均硬度為9.960Gpa。 氮化層摩擦磨損試驗(yàn)表明，，在送鈦粉氮化條件下，電弧電流為120A，電弧氣氛中氮?dú)獗壤秊?0%時(shí)獲得的氮化層耐磨性較好，其平均摩擦系數(shù)為0.2155，磨損失重為4.3mg；在預(yù)敷鈦粉氮化條件下，電弧電流為140A，電弧氣氛中氮?dú)獗壤秊?0%時(shí)獲得的氮化層耐磨性較好，其平均摩擦系數(shù)為0.2005，磨損失重為2.1mg。在相同摩擦磨損試驗(yàn)條件下，純鋁基體的磨損失重量為15.6mg，平均摩擦系數(shù)為0.3189。送鈦粉氮化層的摩擦系數(shù)比純鋁基體下降了32%，而耐磨性提高了3.6倍；預(yù)敷鈦粉氮化層的摩擦系數(shù)比純鋁基體下降了37%，耐磨性提高了7.4倍。鈦輔助氮化使得氮化層中除了AlN外，還生成高硬度的Al3Ti和TiN相，明顯提高了氮化層的耐磨性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1231992