超音速等离子喷涂Cu-14Al-X合金粉末涂层组织性能研究

摘要

本试验采用水雾化法制备新型多元铝青铜(Cu-14Al-X)合金粉末材料,材料的主要元素成分为Cu75～85％,Al12～16％,Fe2.0～4.0％,其它的微量合金元素为Mn,Ni,Co等。对制备的粉体材料的形貌、松装密度、流动性等性能进行了测试。并采用超音速等离子喷涂的工艺方法将制备的粉体材料喷涂到45＃钢基体上。
　　 采用扫描电镜(SEM)对涂层进行微观组织形貌分析。分析表明:涂层组织为典型的热喷涂涂层组织,由铺展延伸的形变粒子呈层状堆积而成,涂层形变粒子之间存在有缝隙和孔洞,形变粒子内存在微裂纹。经过X射线衍射仪(XRD)进行物相分析后发现,涂层组织物相与粉末物相基本相同,都为Cu9Al4,Cu3Al,AlFe等。经能谱成分分析后发现:涂层组织成分与粉末粒子基本相同,没有明显变化。但经过元素线扫描后发现形变粒子焊合面及涂层与基体接合面存在氧元素升高现象,说明这些区域存在氧化现象。经过电子探针(EPMA)元素面分析后同样发现在形变粒子焊合面处氧元素含量要高于形变粒子处,这也证明形变粒子焊合面存在氧化现象。经过微观硬度测试后发现涂层的硬度从底部到顶部分布相对均匀,呈下降趋势,但没有明显的剧烈变化。通过划痕实验测量涂层结合力,测得结合力大小为59.3Mpa。
　　 对超音速等离子喷涂涂层和等离子喷焊层进行比较分析。结果表明:两种涂层组织明显不同,超音速等离子喷涂层主要由白色基体组成,少量缝隙和孔洞分布其中；而等离子喷焊层主要由白色基体和大块的黑色相组成。由于涂层与基体之间以及涂层形变粒子之间没有充分的元素扩散发生,超音速等离子喷涂层的元素分布较等离子喷焊层的均匀,且基本没有元素偏聚现象。经XRD分析可知超音速等离子喷涂层和等离子喷焊层基本物相相同,都为Cu9Al4,CuAl3,但由于等离子喷焊层发生了“泛铁”现象,所以他们的硬质K相不同,等离子喷焊层出现含有大量Fe的AlFe3相。经硬度比较可知超音速等离子喷涂层硬度较等离子喷焊层高,且硬度分布较为均匀。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 材料表面工程技术

1.1.1 表面工程技术概述

1.1.2 表面工程技术的分类

1.2 热喷涂技术

1.2.1 热喷涂技术原理

1.2.2 热喷涂技术特点

1.3 超音速喷涂技术

1.3.1 超音速喷涂技术原理

1.3.2 超音速喷涂种类

1.3.3 超音速等离子喷涂及研究现状

1.4 铜合金及其粉体材料

1.4.1 铜合金及其粉末材料

1.4.2 我国铜基粉末的生产现状及与国外的差距

1.4.3 合金粉体涂层的研究现状及发展方向

1.5 雾化法制备合金粉末

1.6 课题的背景、意义及研究内容

1.6.1 课题的背景及意义

1.6.2 主要研究内容

第2章 铝青铜合金粉末熔覆层的制备及其性能分析

2.1 铝青铜合金粉体材料的制备

2.1.1 材料的化学成分

2.1.2 雾化法制备合金粉体

2.1.3 合金粉体物理性能

2.2 铝青铜合金粉体材料涂层的制备

2.3 铝青铜合金粉体涂层组织性能研究

2.3.1 熔覆层微观组织结构分析

2.3.2 涂层硬度测试

2.3.3 涂层结合力测试

2.4 本章小结

第3章 超音速等离子喷涂层组织

3.1 涂层组织结构

3.1.1 影响喷涂层性能的主要工艺因素

3.1.2 涂层组织结构特点

3.1.3 涂层成分构成

3.1.4 涂层的主要相及成分组成

3.2 涂层表面成分面分析

3.3 涂层界面

3.3.1 涂层界面组织形貌

3.3.2 界面成分变化

3.4 涂层显微硬度

3.5 涂层结合力

3.6 分析与讨论

3.7 小结

第四章 等离子喷焊层与喷涂层对比

4.1 涂层组织对比

4.2 涂层元素面分析对比

4.3 涂层物相对比

4.4 涂层硬度对比

4.5 分析与讨论

4.6 小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文