發(fā)布時間：2017-11-19 18:16

  本文關(guān)鍵詞：高溫處理對激光熔覆自潤滑耐磨復合涂層影響的研究

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【摘要】：鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、韌性、比強度以及生物相容性而被廣泛地運用于化工、航空以及生物領(lǐng)域。然而,鈦合金的表面硬度較低、耐磨性能較差等特點限制了其在許多工業(yè)領(lǐng)域的推廣運用。在過去的三十年間,已有很多學者進行了大量的意在提高鈦合金摩擦學性能的科學試驗。先前所采用的思路基本是使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、等離子噴涂等表面工程技術(shù)來改善鈦合金的摩擦學性能。近些年,利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面熔覆一層陶瓷增強相金屬基復合涂層被證明是一種既經(jīng)濟又環(huán)保的工藝方法,激光熔覆技術(shù)可以改善材料表面性能,例如耐腐蝕性、耐氧化性和耐磨性等。本文采用激光熔覆技術(shù),分別以Ni Cr/Cr3C2+10%Ca F2、Ni60和Ni60+10%h-BN三種不同的混合粉末體系為熔覆材料,以預涂粉末的方式在Ti6Al4V基體表面制備出了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2、γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN高溫自潤滑耐磨復合涂層,為了研究這三種熔覆涂層的高溫穩(wěn)定性,將所制備的熔覆涂層試樣置于600℃高溫環(huán)境下保溫處理不同時間,隨爐冷卻。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、顯微硬度計以及HT-1000型摩擦磨損試驗機對經(jīng)過不同時間高溫處理后熔覆涂層的物相組成、顯微組織形貌、顯微硬度和摩擦磨損性能進行了對比分析。試驗結(jié)果表明:γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2熔覆涂層主要包括γ-Ni Cr Al Ti固溶體、Ti C硬質(zhì)相以及Ca F2潤滑相,該熔覆涂層在600℃高溫環(huán)境下保溫24 h、48 h、96 h后并沒有發(fā)生相變;經(jīng)過96 h高溫處理后,該熔覆涂層平均顯微硬度由高溫處理前的約816 HV0.2降為約706 HV0.2,但是相對于Ti6Al4V基體(360 HV0.2)依然保持較高的硬度性能;γ-Ni/Ti C/Ti B2熔覆涂層主要包括γ-Ni固溶體和Ti B2、Ti C硬質(zhì)相,而γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂層除了含有上述物相外,還包含有Cr B和Ni3B硼化物以及h-BN潤滑相,將γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂層分別置于600℃高溫環(huán)境下保溫10 h、30 h、50 h后沒有發(fā)生相變。高溫處理50 h后,兩種熔覆涂層的顯微硬度都有所下降,降為約750 HV0.2和910 HV0.2,但是相對于Ti6Al4V基體依然保持較高的硬度性能。摩擦磨損試驗表明:高溫處理前,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2熔覆涂層(摩擦系數(shù)約為0.31,磨損率約為24.78×10-6 mm3/Nm)相對于Ti6Al4V基體(摩擦系數(shù)約為0.39,磨損率約為114.08×10-6 mm3/Nm)具有較為優(yōu)異的耐磨減摩性能。隨著高溫處理時間的增大,該涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均有一定的波動。經(jīng)高溫處理96 h后,該涂層的耐磨性能和減摩性能相對于高溫處理前均有略微下降,摩擦系數(shù)和磨損率分別增大至約0.36和約26.20×10-6mm3/Nm,但是相對于Ti6Al4V基體依然具有一定的減摩性能和較為優(yōu)異的耐磨性能。γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂層高溫處理前具有優(yōu)異的耐磨減摩性能(摩擦系數(shù)約為0.225,磨損率約為4.85×10-6mm3/Nm),但是γ-Ni/Ti C/Ti B2只具有較為優(yōu)異的耐磨性能而不具有減摩性能(摩擦系數(shù)約為0.41,磨損率約為16.85×10-6mm3/Nm)。在進行高溫處理試驗后可知:兩種熔覆涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均隨著高溫處理時間的增大而增大,高溫處理50 h后,γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂層的摩擦系數(shù)分別增大為0.45和0.375,磨損率分別增大為18.12×10-6 mm3/Nm和5.35×10-6 mm3/Nm,與Ti6Al4V基體的摩擦學性能對比可知,γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂層經(jīng)過50 h高溫處理后依然保持優(yōu)異的耐磨性能,但是減摩性能均不佳。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1204452