合金鋼是在制造行業(yè)應用廣闊的金屬材料。由于合金鋼的成本較為低廉,又具有較高的塑性、韌性與耐磨性,所以被大量用來制造機械設備中的重要零部件。近年來,由于技術的發(fā)展,各類機械設備的功率逐漸提高,合金鋼制造的零部件性能不能完全滿足當前機械工業(yè)的需求。在合金鋼機械零部件表面制備高性能防護涂層是一種有效提高零部件性能和壽命的技術。合金鋼零部件在工業(yè)生產(chǎn)中會受到多種情況的破壞,如磨損失效和斷裂失效。單純提高合金鋼的一種性能,不足以提高合金鋼零部件的整體壽命。研究與制備可以同時提高合金鋼耐磨性能和力學性能的防護涂層對于機械行業(yè)具有重要意義。在自然界中,有很多生物具有特殊的結構,這些生物結構可以利用較少的生物能量實現(xiàn)良好的性能。仿生梯度結構是一種優(yōu)異的生物結構,它結合了不同機械性能的材料,從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生了結構梯度。梯度結構可以適應不同材料之間的特性不同(如彈性模量和強度),并提供良好的韌性和耐磨性能。將仿生梯度結構應用到合金鋼防護涂層的制造中,可以有效的同時提高合金鋼的力學性能和耐磨性能。本文以工業(yè)常用的40Cr合金鋼為研究對象,將典型生物梯度結構—獾牙齒作為仿生設計的生物模本,采用熱輸入低、變形...

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 合金鋼防護涂層的制備技術
        1.2.1 熱噴涂
        1.2.2 物理氣相沉積
        1.2.3 電刷鍍
        1.2.4 激光熔覆
    1.3 金屬基復合涂層的研究進展
    1.4 仿生梯度結構的研究進展
        1.4.1 仿生生物結構
        1.4.2 梯度涂層的制備與性能研究
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 仿生梯度結構設計、制備與試驗方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 基板材料
        2.1.2 粉末材料
    2.2 獾牙齒生物學特性分析與仿生梯度模型設計
        2.2.1 獾牙齒形態(tài)特性分析
        2.2.2 獾牙齒物相組成
        2.2.3 獾牙齒形貌與元素分布
        2.2.4 獾牙齒顯微硬度分布
        2.2.5 仿生梯度模型設計
    2.3 仿生梯度涂層制備方法
    2.4 仿生梯度涂層性能檢測
        2.4.1 仿生梯度涂層顯微組織和表面形貌監(jiān)測
        2.4.2 顯微硬度測量
        2.4.3 物相分析
        2.4.4 磨損性能測試
        2.4.5 沖擊韌性測試
        2.4.6 機械疲勞測試
    2.5 本章小結
第三章 激光熔覆 Ti C 涂層的制備工藝分析
    3.1 前言
    3.2 實驗過程
    3.3 激光熔覆預置粉末的特性分析
        3.3.1 激光熔覆預置粉末的差熱分析
        3.3.2 激光熔覆預置粉末的物相分析
    3.4 激光熔覆涂層的物相分析
    3.5 激光熔覆涂層內(nèi)部的組織與元素分布分析
    3.6 激光熔覆涂層的性能
        3.6.1 激光熔覆涂層的顯微硬度
        3.6.2 激光熔覆涂層的磨損性能
    3.7 不同激光熔覆TiC工藝對涂層組織和性能影響的機制
    3.8 本章小結
第四章 仿生梯度涂層的特點及成分參數(shù)設計
    4.1 前言
    4.2 仿生梯度涂層的組織和性能特點
        4.2.1 實驗過程
        4.2.2 仿生梯度涂層的表面形貌
        4.2.3 仿生梯度涂層的物相分析
        4.2.4 仿生梯度涂層的顯微組織
    4.3 制備梯度涂層預置粉末成分參數(shù)對涂層顯微組織的影響
        4.3.1 實驗準備
        4.3.2 梯度涂層的物相組成
        4.3.3 梯度涂層的表面形貌
        4.3.4 梯度涂層的顯微組織與元素分布
    4.4 本章小結
第五章 仿生梯度涂層的力學性能分析
    5.1 前言
    5.2 仿生梯度涂層的顯微硬度分布
        5.2.1 實驗準備
        5.2.2 仿生梯度涂層的物相組成
        5.2.3 仿生梯度涂層的顯微組織
        5.2.4 梯度涂層的顯微硬度分布
    5.3 仿生梯度涂層的沖擊韌性
        5.3.1 實驗準備
        5.3.2 仿生梯度涂層的沖擊功
        5.3.3 仿生梯度涂層的斷口形貌
    5.4 仿生梯度涂層的機械疲勞性能
        5.4.1 仿生梯度涂層的機械疲勞壽命
        5.4.2 仿生梯度涂層的機械疲勞斷口形貌
    5.5 仿生梯度涂層對力學性能的影響機制
    5.6 本章小結
第六章 仿生梯度涂層的磨損性能分析
    6.1 前言
    6.2 乏油潤滑條件下梯度涂層的磨損性能分析
        6.2.1 實驗準備
        6.2.2 乏油潤滑條件下的梯度涂層摩擦系數(shù)與磨損失重量
        6.2.3 乏油潤滑條件下的梯度涂層的磨損表面
    6.3 干摩擦條件下的梯度涂層磨損性能
        6.3.1 實驗準備
        6.3.2 干摩擦條件下的梯度涂層摩擦系數(shù)和磨損失重量
        6.3.3 干摩擦條件下的梯度涂層的磨損表面
    6.4 重載荷磨損條件下的梯度涂層磨損性能
        6.4.1 實驗準備
        6.4.2 重載荷磨損條件下的梯度涂層摩擦系數(shù)和磨損失重量
        6.4.3 重載荷磨損條件下的梯度涂層的磨損表面
        6.4.4 重載荷磨損條件下的梯度涂層的磨損形貌
    6.5 梯度涂層對磨損性能的影響機制
    6.6 本章小結
第七章 結論
參考文獻
攻讀博士學位期間研究成果
致謝



本文編號：3863279