【摘要】：在軟質(zhì)金屬材料上制備耐磨涂層可以大幅度提升其應(yīng)用空間和服役時(shí)間�；诣T鐵較低的成本和其中石墨的自潤(rùn)滑作用,以及等離子噴涂技術(shù)的高效率和靈活性,使得利用等離子噴涂技術(shù)制備灰鑄鐵涂層成為改善軟質(zhì)金屬表面耐磨性的有效方法。在服役過程中涂層的結(jié)合強(qiáng)度,即涂層-基體間的結(jié)合是決定涂層是否脫落失效的關(guān)鍵因素�；跓釃娡客繉拥男纬杉敖Y(jié)構(gòu)特征,涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能主要受單個(gè)粒子沉積行為的影響,即形成的扁平粒子形貌、粒子-基體及粒子-粒子間的結(jié)合對(duì)涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能起著決定性作用。因此,本研究利用大氣等離子噴涂技術(shù)分別在拋光的三種常見軟質(zhì)金屬材料(鋁、鎂合金、黃銅)基體表面沉積單個(gè)鑄鐵粒子,系統(tǒng)研究噴涂功率、噴涂距離以及基體預(yù)熱溫度對(duì)單個(gè)鑄鐵粒子形貌、粒子-基體間結(jié)合的影響。利用數(shù)值計(jì)算方法研究不同基體初始溫度下粒子與基體間的換熱過程�；趯�(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果,探討分析扁平鑄鐵粒子形貌的形成規(guī)律以及粒子-基體間的結(jié)合機(jī)制。得出以下結(jié)論:1.對(duì)鑄鐵粒子形貌的研究表明:(1)在鋁基體上沉積的鑄鐵粒子,當(dāng)鋁基體溫度為室溫時(shí),大部分粒子呈現(xiàn)飛濺狀;然而當(dāng)鋁基體初始溫度增加至150℃時(shí),大部分粒子為圓盤狀;繼續(xù)升高基體預(yù)熱溫度至300℃時(shí)形成星形飛濺狀粒子,而且出現(xiàn)粒子中心凹陷現(xiàn)象。(2)當(dāng)銅基體溫度為25℃時(shí),所有鑄鐵粒子都發(fā)生了飛濺,而且出現(xiàn)“甜甜圈”形貌的粒子;當(dāng)基體溫度升至150℃時(shí),約80%的粒子呈現(xiàn)射線狀飛濺;繼續(xù)升高基體初始溫度至300℃時(shí),92%粒子為近似圓盤狀。(3)鎂基體溫度25℃時(shí),大部分粒子呈不規(guī)則飛濺形貌,當(dāng)溫度升至150℃時(shí),約65%的粒子為中心凹陷形貌,部分粒子呈現(xiàn)花瓣形貌;基體溫度為300℃時(shí),約85%的粒子呈現(xiàn)分層鋪展形貌,而其他粒子呈現(xiàn)為圓盤狀形貌。2.結(jié)合粒子截面照片以及AFM觀測(cè)出的噴涂粒子晶粒尺寸理論計(jì)算出熔滴-基體界面接觸熱阻,建立考慮實(shí)際熱阻和相變的二維傳熱模型,通過有限元數(shù)值計(jì)算熔滴和基體的溫度變化,綜合EDS以及刮涂-熱鑲結(jié)果,對(duì)粒子-基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)的研究表明:(1)當(dāng)鋁基體初始溫度為室溫時(shí),粒子-基體間結(jié)合力較弱;而當(dāng)基體預(yù)熱溫度升高至150℃以上時(shí),粒子與基體間結(jié)合得到改善;基體預(yù)熱到300℃時(shí),基體表面出現(xiàn)了明顯的塑性變形而凹陷,與此同時(shí)粒子邊緣部位出現(xiàn)了“倒鉤狀”結(jié)構(gòu),使粒子-基體間的結(jié)合得到進(jìn)一步的提升。(2)當(dāng)鎂合金基體溫度為25℃時(shí),粒子-基體以機(jī)械結(jié)合為主;當(dāng)基體預(yù)熱至150℃時(shí),基體凹坑最大深處為5.1±0.2?m;當(dāng)基體預(yù)熱到300℃時(shí),最大凹坑深度增至6.2±0.1?m,結(jié)合進(jìn)一步加強(qiáng)。(3)黃銅基體從室溫至300℃預(yù)熱時(shí),粒子-基體間以機(jī)械結(jié)合為主,結(jié)合性能較差。
【圖文】：

圖 1.1 常見的大氣等離子噴涂示意圖述噴涂涂層結(jié)構(gòu)等離子噴涂涂層是由大量微觀尺度的扁平單個(gè)粒子（s結(jié)構(gòu)。通常，在扁平粒子層間存在有層間孔洞，裂紋以缺陷。另外，在粒子內(nèi)部除了存在有效結(jié)合的區(qū)域外還部裂紋。典型涂層微觀結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。

長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖 1.1 常見的大氣等離子噴涂示意圖1.2 研究背景綜述1.2.1 大氣等離子噴涂涂層結(jié)構(gòu)宏觀尺度的等離子噴涂涂層是由大量微觀尺度的扁平單個(gè)粒子（splat）堆疊起來的，呈現(xiàn)典型的層狀結(jié)構(gòu)。通常，在扁平粒子層間存在有層間孔洞，裂紋以及層間氧化物（對(duì)于金屬粒子）等缺陷。另外，在粒子內(nèi)部除了存在有效結(jié)合的區(qū)域外還存在其粒子內(nèi)部氧化物，粒子內(nèi)部裂紋。典型涂層微觀結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。圖 1.2 等離子噴涂涂層微觀結(jié)構(gòu)示意圖：（1）扁平粒子，，（2）層間孔隙，（3）球狀孔隙，（4）層間氧化物，（5）粒子內(nèi)部氧化物，（6）粒子內(nèi)裂紋，（7）有效結(jié)合區(qū)域作為涂層的結(jié)構(gòu)基元
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：2653006