超音速等离子喷涂自敏耐磨涂层性能研究

摘要

新型高铝铜合金(Cu-14Al-X)与镍基自熔合金因其优异的力学性能及耐磨性能，被广泛应用于耐磨及高应力模具制造。长余辉发光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+作为蓄光型发光材料已被广泛应用于涂层材料领域，如建筑装饰、警示标志、人造景观等。
　　本文充分利用了铝酸锶材料优异的发光性及耐磨性，将其有效应用在耐磨蚀涂层中，达到了检测涂层磨损状态的目的。采用超音速等离子喷涂的方法制备了高铝青铜耐磨自敏涂层以及镍基耐磨自敏涂层，分析了喷涂参数以及接触材料对磷光粒子（SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）发光性能的影响，以及复合涂层形貌、微观组织、硬度与结合强度等力学性能，择优选取参数制备涂层进而研究其摩擦磨损性能。
　　对于不同喷涂参数所得涂层，经 SEM观察发现磷光粒子颗粒在涂层中的沉积率随H2气流量增加而增大，在16 L·min-1时最大且粒子分布最均匀。XRD分析发现不同喷涂工艺参数（H2气流量）对两种不同基复合涂层所得物相组织无影响：高铝青铜耐磨自敏涂层物相组织由Al0.5Fe0.5、AlFe3、Cu9Al4，SrAl2O4、SrAl4O7、SrFe2O4构成；镍基耐磨自敏涂层物相组织由γ-Ni，FeNi3，（Ni，Fe），Fe3C，Cr2B，Cr23C6及SrAl2O4，SrAl4O7，SrFe2O4组成。相比于单一高铝青铜或镍基涂层，磷光粒子（SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）的加入使两种不同基涂层的硬度与结合强度均增大，但高铝青铜复合涂层在 H2气流量为16 L·min-1时力学性能性能最佳，而镍基复合涂层在10 L·min-1时力学性能最佳。
　　发光性能检测分析结果表明，两种不同基复合涂层的发光强度及余辉强度随 H2气流量增加而增大。发射光谱主峰均出现红移，但因不同红移机制影响而红移程度不同，且在高温下生成杂质相 SrAl4O7与 SrFe2O4。经不同载荷摩擦后，在荧光显微镜下观察发现两种复合涂层中磷光粒子的分布随载荷增加而减少，宏观发光效应随载荷增大而减弱，但在紫外光源照射下仍能发出裸眼可见的蓝绿光作为磨损指示。
　　摩擦磨损实验结果表明，因磷光粒子的加入增加了涂层硬度，由此降低了复合涂层的磨损率，相较于无磷光粒子涂层，复合涂层在高载下更具耐磨性，尤其显著增强了Cu-14Al-X耐磨性；两种不同基磷光复合涂层的摩擦系数均随载荷增大而逐渐降低，并更易趋于稳定，摩擦系数分别稳定在0.2-0.3（Cu-14Al-X/SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）以及0.26-0.34（Ni60/ SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）；高铝青铜耐磨自敏涂层的磨损机制以磨粒磨损与疲劳磨损为主，镍基耐磨自敏涂层的磨损机制以粘着磨损与磨粒磨损为主。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 热喷涂技术

1.2 磨损检测技术应用现状

1.3发光材料研究现状

1.4 高铝青铜与镍基自熔合金耐磨涂层应用、发展及研究现状

1.5 论文研究内容及创新点

第2章 实验

2.1 实验材料

2.1 涂层的制备

2.2 组织性能测试

2.3 本章小结

第3章 耐磨自敏涂层形貌组织与力学性能

3.1 涂层的形貌组织

3.2 涂层的力学性能

3.2 本章小结

第4章 耐磨自敏涂层发光性能分析

4.1 试样制备

4.2 涂层发光效应

4.3 涂层发光性能

4.4涂层磨损发光指示效应

4.5 本章小结

第5章 耐磨自敏涂层摩擦磨损性能

5.1 摩擦试样制备

5.2 不同基涂层摩擦磨损性能

5.3 磷光粒子对涂层摩擦性能的影响

5.4 本章小结

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