低压冷喷涂高铝青铜涂层的力学性能及摩擦性能的研究

摘要

磨损是机械损伤和失效的主要形式之一。使用喷涂技术（涂层制备技术）对磨损零件进行修复，能延长零件的使用寿命，为相关企业节约大量的能耗与成本。低压冷喷涂涂层具有涂层结构紧密、孔隙率低、制备过程简单等特点，低压冷喷涂用粉末和基体的取材也十分广泛，且定向修复能力在工业生产中具有显著的优势。高铝青铜是一种新型的过共析铜合金，具有良好的减摩耐磨性能，其粉末制备的涂层也具备良好的耐磨减摩性能。若利用低压冷喷涂技术将高铝青铜合金粉末制备到易磨损零件表面（例如：轧辊 Cr12MoV 合金钢） ，可提高零件的耐摩擦磨损性能同时延长零件使用寿命。 本文采用温度预处理及混入硬质相 Al2O3的方法，对高铝青铜粉末进行改性。预热处理是为了降低粉末硬度，掺入 Al2O3是为了促进图层中高铝青铜的变形。粒子的变形有助于提高涂层的性能。将改性后的粉末作为低压冷喷涂用粉末，喷涂于 Cr12MoV 合金钢基体上制备成涂层。利用不同机械性能实验测试设备对涂层机械性能进行测试。再利用场发射扫描电镜对涂层、拉伸表面及剖面进行观察与分析。研究 Al2O3含量与高铝青铜粉体材料喷涂前预热处理温度，对涂层制备性能的影响。再选择效果较好的热处理温度处理高铝青铜粉末，并与不同配比 Al2O3粉末混合，在 Cr12MoV 合金钢基体上制备低压冷喷涂涂层;利用 HT-1000 摩擦试验机，对涂层进行摩擦磨损性能测试。继而对摩擦磨损表面和磨屑的成分、磨损表面粗糙度等进行检测。研究 Al2O3在摩擦过程中的作用，并分析其含量对涂层摩擦性能的影响。研究表明：改性后的高铝青铜粉体材料，可以用来制备低压冷喷涂涂层；当预热处理温度 400℃，粉体中 Al2O3含量为 29%时，涂层的力学性能最好；Al2O3含量对涂层的力学性能影响规律是：随着粉体材料中 Al2O3含量的增加，涂层的力学性能呈现先增大后减小趋势；Al2O3含量对涂层的摩擦学性能影响规律是：随着粉体材料中Al2O3含量的增加，涂层的摩擦系数、磨损量呈现，先降低后升高的规律。涂层内部粒子变形越剧烈，涂层硬度、结合强度越高；涂层结合强度越好，已沉的高铝青铜粒子越难以被冲蚀掉，涂层厚度就会越大。涂层中硬质相充当耐磨材料，软质相充当减摩材料。掺入不同配比的 Al2O3会使涂层硬度增大，增加图层中的耐磨相，提高涂层的摩擦性能；当硬质相过多时，又会对对磨件造成磨损。

目录

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第 1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 课题意义及创新

第二章 低压冷喷涂涂层制备及实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方案

2.3 本章小结

第三章 低压冷喷涂高铝青铜涂层的力学性能研究

3.1 粉末改性结果与分析

3.2 涂层力学性能

3. 3涂层形貌与组织

3.4 分析讨论

3.5 本章小结

第四章 低压冷喷涂高铝青铜涂层的摩擦磨损性能

4.1 涂层的摩擦磨损性能与摩擦表面相组成

4.2 涂层摩擦磨损微观形貌

4.3 分析讨论

4.4 结论

结论

展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读硕士期间所发表的论文