本文關(guān)鍵詞：鉭涂層的制備及其磨損與燒蝕性能研究

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【摘要】：航空航天、軍事工業(yè)中很多的關(guān)鍵部件在高溫條件下工作,受到熱、機(jī)械以及化學(xué)三種過程的交互作用,燒蝕磨損嚴(yán)重。因此,在高溫下具有良好磨損燒蝕性能的材料是尖端工業(yè)領(lǐng)域的迫切需求。為提高PCrNi3Mo鋼的耐磨損及耐燒蝕性能,本文利用熔融鹽鍍鉭以及雙輝光等離子滲金屬工藝制備鉭涂層,并對涂層的結(jié)構(gòu)以及磨損與燒蝕等性能進(jìn)行相關(guān)的表征和測試。采用熔融鹽電鍍制備鉭涂層,利用正交試驗(yàn)對熔融鹽電鍍鉭作出工藝優(yōu)化,在電鍍時間、溫度、電流密度、粗糙度四個因素的各個水平中選出最優(yōu)組合參數(shù)；此外,為提高涂層結(jié)合性能通過雙輝光等離子滲金屬技術(shù)制備鉭涂層。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等分析技術(shù)對鉭涂層物相、微觀形貌、化學(xué)成分進(jìn)行了表征；利用高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、脈沖激光器和電化學(xué)工作站對基體、鉻鍍層、鉭鍍層、滲鉭涂層進(jìn)行耐磨損性能、耐燒蝕性和耐腐蝕性能的對比研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在電鍍時間3h,溫度750℃,電流密度80mA/cm2,基體粗糙度Ra=0.05μm的優(yōu)化條件下,獲得了厚度約為15μm的鉭鍍層,其硬度高達(dá)950HVo.2,退火后轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嚆g,硬度下降為400HVo.2。雙輝光等離子滲鉭可在PCrNi3Mo鋼表面獲得厚度約為10μm的涂層,涂層為鐵鉭擴(kuò)散層加表面的鉭沉積層結(jié)構(gòu),外層沉積層為具有(211)晶面擇優(yōu)取向的體心立方α鉭,表面硬度在450HVo.2。滲鉭涂層結(jié)合力在65N左右,較鍍鉭涂層結(jié)合性能提升明顯。對于基體、鍍鉻、鍍鉭、滲鉭涂層四種試樣,在室溫下,鍍鉭與滲鉭涂層磨損性能相當(dāng),鍍鉻涂層次之,基體最差。鍍鉭、滲鉭相比基體磨損率降低55.2%；在450℃高溫下,滲鉭涂層的摩擦系數(shù)最低為0.31,且滲鉭涂層磨損痕跡最輕微,耐磨性最好。鉭涂層高溫下氧化物的形成是摩擦系數(shù)以及磨損率降低的關(guān)鍵因素。脈沖激光測試結(jié)果表明,滲鉭涂層性能最佳,鉭鍍層出現(xiàn)塌陷,鉻鍍層與基體出現(xiàn)明顯燒蝕坑。燒蝕實(shí)驗(yàn)中,滲鉭涂層在100次脈沖后,鉭涂層表面出現(xiàn)熔融汽化,但基體仍受涂層保護(hù)。而在碳、氮環(huán)境的燒蝕實(shí)驗(yàn)中,滲鉭涂層有效阻止了碳、氮與基體的作用；另外,高功率密度燒蝕實(shí)驗(yàn)中,滲鉭涂層的高熔點(diǎn)特性減緩了激光的熔融、汽化進(jìn)程,提高了基體的耐燒蝕性能。電化學(xué)腐蝕分析表明滲鉭涂層年腐蝕速度為1.44mm/a,為鍍鉻涂層的12.8%、基體的3.1%,滲鉭涂層顯著提高了基體的耐腐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：熔鹽鍍鉭 雙輝光滲鉭 鉭涂層 耐磨損 激光燒蝕
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(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5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 磨損與燒蝕概述10-12
• 1.2.1 磨損與燒蝕工況10-11
• 1.2.2 磨損與燒蝕防護(hù)11-12
• 1.3 鉭涂層制備技術(shù)12-16
• 1.3.1 化學(xué)氣相沉積12
• 1.3.2 磁控濺射法12-13
• 1.3.3 三極直流濺射13-14
• 1.3.4 激光近形技術(shù)14
• 1.3.5 雙輝等離子滲鉭14-15
• 1.3.6 熔融鹽電鍍15-16
• 1.4 磨損與燒蝕測試16-18
• 1.5 課題的意義與研究內(nèi)容18-19
• 1.5.1 課題的意義18
• 1.5.2 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法19-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)流程19
• 2.2 熔融鹽鍍鉭裝置19-20
• 2.3 熔融鹽鍍鉭實(shí)驗(yàn)過程20-22
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料與試樣制備20-21
• 2.3.2 熔鹽鍍鉭實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)21-22
• 2.4 雙輝光等離子滲鉭裝置22-23
• 2.5 雙輝光等離子滲鉭實(shí)驗(yàn)過程23-25
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)材料與試樣制備23
• 2.5.2 雙輝光等離子滲鉭工藝參數(shù)23-24
• 2.5.3 鉻鍍層制備24-25
• 2.6 鉭涂層結(jié)構(gòu)表征25-26
• 2.6.1 形貌表征25
• 2.6.2 物相分析25
• 2.6.3 硬度與結(jié)合強(qiáng)度25-26
• 2.7 鉭涂層性能測試26-28
• 2.7.1 摩擦學(xué)性能測試26-27
• 2.7.2 脈沖激光燒蝕測試27
• 2.7.3 電化學(xué)腐蝕測試27-28
• 3 熔融鹽鍍鉭涂層制備與表征28-39
• 3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析28-32
• 3.1.1 極差分析28-31
• 3.1.2 鍍鉭機(jī)制分析31-32
• 3.2 鉭鍍層的形貌及物相表征32-37
• 3.2.1 鉭鍍層表面形貌分析32-33
• 3.2.2 鉭鍍層截面分析33-35
• 3.2.3 鉭鍍層物相分析35-36
• 3.2.4 鉭鍍層硬度與結(jié)合強(qiáng)度分析36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-39
• 4 雙輝光等離子滲鉭涂層制備與表征39-48
• 4.1 滲鉭可行性分析39-40
• 4.2 滲鉭層形貌與物相分析40-46
• 4.2.1 雜質(zhì)對滲鉭涂層的影響40-41
• 4.2.2 滲鉭涂層表面分析41
• 4.2.3 滲鉭涂層截面分析41-42
• 4.2.4 鉻中間層對滲鉭涂層的影響42-44
• 4.2.5 滲鉭層物相分析44
• 4.2.6 滲鉭涂層硬度與結(jié)合強(qiáng)度分析44-46
• 4.3 本章小結(jié)46-48
• 5 鉭涂層性能研究48-61
• 5.1 鉭涂層摩擦學(xué)性能測試48-54
• 5.1.1 室溫摩擦學(xué)分析48-49
• 5.1.2 高溫摩擦學(xué)性能分析49-53
• 5.1.3 鉭涂層高溫磨損機(jī)制53-54
• 5.2 鉭涂層燒蝕性能研究54-58
• 5.2.1 不同涂層燒蝕對比分析54-55
• 5.2.2 燒蝕次數(shù)對滲鉭涂層的影響55-56
• 5.2.3 燒蝕環(huán)境對滲鉭涂層的影響56-57
• 5.2.4 高功率密度燒蝕實(shí)驗(yàn)57-58
• 5.3 電化學(xué)腐蝕分析58-59
• 5.3.1 極化曲線分析58-59
• 5.3.2 電化學(xué)腐蝕產(chǎn)物分析59
• 5.4 本章小結(jié)59-61
• 6 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 主要結(jié)論61
• 6.2 存在不足與展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 附錄70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：603827