發(fā)布時間：2017-12-07 03:02

  本文關鍵詞：反應氮弧熔覆TiN、TiN-Al_2O_3金屬陶瓷復合涂層研究

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【摘要】：隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的不斷提高,越來越多的農(nóng)業(yè)機械在整地、播種、收獲等諸多環(huán)節(jié)發(fā)揮著極其重要的作用。農(nóng)業(yè)機械的正確、合理、有效使用對于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收意義重大。然而作為與土壤接觸的農(nóng)機關鍵部件在使用過程中,受到土壤中硬質顆粒沖擊、磨損、腐蝕作用,極易早期失效。農(nóng)機部件的早期失效,已經(jīng)成為影響作業(yè)效率、質量及成本的關鍵問題。本文基于在農(nóng)機觸土刀具表層制備Ti N、Ti N-Al2O3金屬陶瓷強化涂層的設計思想,系統(tǒng)研究氮弧反應生成Ti N機理及熔覆電流、熔覆速度、氮氣流量、Al2O3含量等對涂層組織結構、物相組成、顯微硬度、耐磨、耐蝕性能的影響,優(yōu)化工藝參數(shù),主要研究結果如下:在反應氮弧熔覆過程中,高的氮弧能量使部分氮氣被電離成氮離子(N+、N-)和氮原子(N),氮離子、氮原子通過擴散且在熔池涌動、電磁吹力的作用下,與熔融的Ti充分接觸,反應生成Ti N/Fe金屬陶瓷復合涂層。涂層物相主要由Ti N和Fe組成,Ti N呈現(xiàn)為枝晶狀、不規(guī)則顆粒狀,Ti N晶粒與基體元素相互滲透,形成了良好的冶金結合。熔覆參數(shù)對涂層組織及性能有重要的影響。當電流為160A時,速度3mm/s時,氮氣流量20L/min時,涂層均有較高的顯微硬度,顯微硬度最高可達1200HV,約為基體顯微硬度的5倍多。與基體相比,Ti N金屬陶瓷涂層具有較好的耐磨性能。以耐磨性為目標,Ti N金屬陶瓷涂層的優(yōu)化工藝參數(shù)為:熔覆電流180A,氮氣流量為20L/min,熔覆速度為3mm/s,鎢極直徑為?3.2mm。采用優(yōu)化工藝制備的Ti N涂層平均顯微硬度為1000HV左右,最高達到了1200HV;腐蝕試驗表明,在3.5%Na Cl溶液和5%H2SO4溶液中,與基體相比,Ti N金屬陶瓷涂層腐蝕速度約為其1/3,具有較好的耐腐蝕性能。Al2O3含量對氮弧熔覆Ti N-Al2O3金屬陶瓷涂層的組織結構和性能影響較大。當Al2O3含量為6%時,涂層硬質相呈離散分布、無明顯的裂紋、氣孔及空洞等缺陷,顯微硬度最高可達1400HV;但隨著Al2O3的含量增加為10%和12%時,涂層表面出現(xiàn)了較多的氣孔、裂紋甚至溝壑等現(xiàn)象,顯微硬度最低下降到了600HV。與Ti N涂層相比,Ti N-Al2O3涂層顯微硬度最高提高了約200HV,摩擦系數(shù)波動小、變化平穩(wěn);腐蝕試驗表明,在3.5%Na Cl溶液中,Ti N涂層的腐蝕電位低于Ti N-Al2O3涂層,Ti N涂層的腐蝕傾向大于Ti N-Al2O3涂層,而在5%H2SO4溶液中,兩者的腐蝕電位相當。但在兩種腐蝕溶液中,Ti N-Al2O3涂層的腐蝕電流和腐蝕速度均小于Ti N涂層,其耐腐蝕性能好于Ti N涂層。在深松鏟鏟尖表面制備了Ti N-Al2O3復合涂層,耐磨試驗表明,在鏟尖表面出現(xiàn)了平行于受力方向的磨損溝槽;在自制的磨料磨損試驗裝置中對堆焊鏟尖和熔覆鏟尖進行了加速磨損實驗,堆焊鏟尖的磨損量平均約為50mg,而熔覆Ti N-Al2O3涂層鏟尖的平均磨損量約為30mg,熔覆Ti N-Al2O3涂層鏟尖具有較好的耐磨性能。
【學位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1260880