目前,超音速火焰噴涂技術(shù)（HVOF）制備的WC/Co系金屬陶瓷涂層擁有高結(jié)合強度、高硬度及低孔隙率,具備優(yōu)良的耐磨、耐蝕性能。近年來,被廣泛用在高溫燃氣輪機和熱軋輥軸等工程零部件作為防護或修復涂層,因此對其在高溫、高轉(zhuǎn)速等復雜工況下服役壽命提出了更高要求。引入稀土元素來改善涂層組織,增加強韌性,提高其抗高溫性能,從而擴大該系涂層的應用范圍,具有重大工程實踐意義。本課題擬通過HVOF制備不同稀土CeO₂添加量的WC-12Co涂層,通過涂層的微觀組織、孔隙率、硬度、XRD相結(jié)構(gòu)分析等研究稀土對涂層組織及性能的改性規(guī)律。研究結(jié)果表明,稀土的加入可以抑制WC晶粒長大,抑制硬質(zhì)相脫碳分解,提高WC顆粒在Co相中分散均勻度。當稀土添加量為1.0wt%時,改性效果最佳,涂層孔隙率降低59.3%,硬度提高了10%,采用劃痕法測得的臨界失效載荷從95N提高到147N。因此,選擇添加1.0wt%CeO₂的WC-12Co涂層作為改性涂層,未添加稀土的作為未改性涂層,對兩種涂層的進行靜態(tài)高溫循環(huán)氧化試驗和銷-盤式高溫摩擦磨損試驗,從而探究涂層在高溫下失效機制,并揭示... 

【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 超音速火焰噴涂技術(shù)(HVOF)
    1.3 稀土改性熱噴涂涂層的研究現(xiàn)狀
    1.4 WC-Co涂層的抗高溫性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 涂層抗高溫氧化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.2 涂層抗高溫磨損的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.5 涂層界面第一性原理的計算研究
        1.5.1 第一性原理計算理論
        1.5.2 金屬基陶瓷界面計算的國內(nèi)外研究進展
    1.6 研究內(nèi)容和擬解決關(guān)鍵問題
        1.6.1 研究內(nèi)容
        1.6.2 擬解決的關(guān)鍵問題
第2章 試驗材料和方法
    2.1 試驗材料及涂層的制備
        2.1.1 WC-Co粉末
        2.1.2 CeO_2粉末
        2.1.3 涂層的設(shè)計與制備
    2.2 涂層的組織成分測試及性能試驗方法
        2.2.1 涂層的組織觀察及相結(jié)構(gòu)分析
        2.2.2 孔隙率測量
        2.2.3 顯微硬度測量
        2.2.4 涂層結(jié)合強度測量
        2.2.5 涂層的高溫循環(huán)氧化試驗
        2.2.6 涂層的高溫摩擦磨損試驗
    2.3 界面性質(zhì)的計算方法
        2.3.1 計算方法
        2.3.2 計算軟件
        2.3.3 計算步驟
第3章 稀土改性WC-12Co涂層的組織和性能
    3.1 涂層的微觀組織形貌
    3.2 涂層孔隙率
    3.3 涂層的顯微硬度
    3.4 涂層及粉末的XRD物相結(jié)構(gòu)
    3.5 涂層的結(jié)合強度
    3.6 本章小結(jié)
第4章 稀土改性對WC-12Co涂層高溫氧化性能的影響
    4.1 涂層的氧化動力學
    4.2 涂層的氧化形貌觀察
    4.3 氧化物相結(jié)構(gòu)分析
    4.4 氧化層的顯微硬度
    4.5 高溫氧化行為及機理分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 稀土改性對WC-12Co涂層高溫摩擦磨損性能的影響
    5.1 涂層的磨損率
    5.2 高溫磨損摩擦系數(shù)
    5.3 涂層磨痕XRD物相分析
    5.4 磨痕的顯微硬度
    5.5 高溫磨損形貌及磨損機理分析
        5.5.1 磨痕表面形貌及成分分析
        5.5.2 磨痕截面形貌及成分分析
        5.5.3 稀土對涂層抗高溫磨損改性分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 稀土摻雜對WC/Fe和WC/Co界面性能的影響
    6.1 計算參數(shù)測試
    6.2 體相結(jié)構(gòu)及性質(zhì)
        6.2.1 晶胞模型及彈性常數(shù)
        6.2.2 態(tài)密度及成鍵布居分析
        6.2.3 自由表面
    6.3 理想WC/Fe的界面性能
        6.3.1 界面結(jié)合能
        6.3.2 界面彈性能
        6.3.3 電荷密度及布居分析
    6.4 理想WC/Co的界面性能
        6.4.1 界面結(jié)合能
        6.4.2 界面彈性能
        6.4.3 電荷密度及布居分析
    6.5 稀土Ce摻雜WC/Fe和WC/Co界面的性質(zhì)計算
        6.5.1 摻雜界面結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性分析
        6.5.2 摻雜界面電子結(jié)構(gòu)及布居分析
    6.6 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Fe/TiN界面穩(wěn)定性的第一性原理計算[J]. 劉復合.  熱加工工藝. 2017(20)
[2]高溫及氧化對WC-10Co4Cr涂層微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響[J]. 吳燕明,趙堅,陳小明,伏利,毛鵬展,周夏涼.  中國有色金屬學報. 2017(07)
[3]HVOF噴涂WC-10Co4Cr涂層的性能及滑動磨損機理[J]. 陳小明,周夏涼,吳燕明,伏利,趙堅,王莉容,毛鵬展,趙鵬,馬紅海.  表面技術(shù). 2017(03)
[4]熱處理對超音速火焰噴涂WC涂層微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響[J]. 趙堅,陳小明,吳燕明,伏利,王莉容,劉偉.  兵器材料科學與工程. 2017(02)
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[7]稀土元素對Nb-Si基超高溫合金的合金化作用和抗氧化涂層改性作用[J]. 孫志平,尹夢嬌,趙崇軍.  鑄造技術(shù). 2016(05)
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[10]碳化鎢涂層高溫摩擦磨損行為[J]. 閆玉濤,廉巨龍,徐元軍,孫志禮.  東北大學學報(自然科學版). 2014(06)

博士論文
[1]稀土摻雜NiAl金屬間化合物結(jié)構(gòu)和性能的第一性原理研究[D]. 何君琦.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[2]TiC基金屬陶瓷界面結(jié)合的第一性原理研究[D]. 申玉芳.廣西大學 2012

碩士論文
[1]稀土改性熱噴涂WC/12Co涂層的制備及表征[D]. 周紅霞.哈爾濱工業(yè)大學 2008



本文編號：3428194