活塞杆局部表面耐磨耐蚀处理技术的试验研究

摘要

活塞杆是压缩机的重要零件之一，它在高温、高速、干摩擦和易被腐蚀的环境下工作。目前，国内压缩机活塞杆局部表面强化处理技术，主要有等离子喷涂WC涂层、镀硬铬和离子氮化等，存在处理成本高，环境污染严重，操作工艺复杂等缺陷。因此，迫切需要研发一种不但具有优良耐磨耐蚀性能，而且具有良好工艺性、低廉和环保特性的技术取而代之。本文以等离子喷涂Al2O3/TiO2涂层、n-SiC复合电刷镀层(NEPC)、等离子弧表面淬火层三种工艺为基本出发点，着重以活塞杆表面为研究对象，对涂层/镀层/淬火层在不同工况下的摩擦磨损特性进行了系统而细致的研究。 实验结果表明： (1)Al2O3/TiO2涂层的摩擦系数随速度的增加而下降，随载荷的增加先降低后上升；Al2O3-13％TiO2、Al2O3-40％TiO2涂层在低P-V值条件下具有较低的摩擦系数与磨损率，而Al2O3-20％TiO2涂层与之相反。Al2O3/TiO2涂层的磨损机理主要为软化涂抹、陶瓷颗粒脱离及层状剥落。 (2)纳米颗粒能显著地提高复合镀层的耐磨性；纳米复合镀层的磨损机理为磨粒磨损，而纯镍镀层的磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损。 (3)等离子弧表面淬火获得的硬度和深度，足以满足压缩机活塞杆表面硬度与磨损尺寸技术要求；淬火层摩擦系数随速度的增加而下降，磨损率随速度与载荷的增加而上升；淬火层的磨损机理主要为磨粒磨损、塑性变形、粘着磨损和微观裂纹。 从耐磨耐蚀性能的角度考虑，等离子喷涂Al2O3/TiO2涂层技术更适合于高速高载工况下的活塞杆局部表面强化。然而，在低载高速工况下，等离子弧表面淬火较适合于新活塞杆局部表面强化。从经济的角度考虑，NEPC可用于压缩机活塞杆磨损尺寸超差修补场合，等离子弧表面淬火适用于新活塞杆局部表面强化。从工艺环保的角度考虑，等离子弧表面淬火既具有简易的工艺操作性，又具有优良的环保性，在本课题的范围内，将是活塞杆局部表面强化的最佳技术选择。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2课题的研究背景及意义

1.3材料摩擦磨损的基础理论

1.3.1摩擦

1.3.2磨损

1.3.3腐蚀

1.4活塞杆的研究现状

1.4.1活塞杆的服役情况及主要失效形式

1.4.2活塞杆局部表面耐磨耐腐处理技术的现状

1.5课题主要研究内容

第二章等离子喷涂Al2O3／TiO2涂层技术方案

2.1等离子喷涂基本原理及特点

2.2耐磨涂层的国内外研究现状

2.3.Al2O3／TiO2涂层的制备

2.3.1试验仪器

2.3.2试验主要材料

2.3.3试验方法

2.4涂层性能的测定

2.4.1涂层微观形貌

2.4.2涂层孔隙率的测定

2.4.3涂层厚度的测定

2.4.4涂层结合强度的测定

2.4.5涂层硬度的测定

2.5干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究

2.5.1模拟试验方法

2.5.2载荷对摩擦系数的影响

2.5.3速度对摩擦系数的影响

2.5.4载荷与速度对摩擦系数的影响

2.5.5载荷与速度对摩损率的影响

2.5.6试样磨损表面形貌与磨损机理

2.6涂层耐腐蚀性能研究

2.6.1电化学试验

2.6.2腐蚀失重试验

2.6.3耐蚀机理

2.7本章小结

第三章复合电刷镀技术方案

3.1复合电刷镀技术的基本原理及特点

3.2复合电刷镀技术的研究现状

3.3复合刷镀层的制备

3.3.1试验仪器

3.3.2试验主要材料

3.3.3试验方法

3.4镀层性能的检测

3.4.1镀层表面形貌的观测与分析

3.4.2镀层厚度的测定

3.4.3镀层结合强度的测定

3.4.4镀层硬度的测定

3.5干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究

3.5.1试验目的及方法

3.5.2试验过程

3.5.3试验结果

3.5.4强化机理

3.5.5镀层干摩擦磨损表面形貌与磨损机理

3.6镀层耐蚀性能研究

3.6.1电化学试验

3.6.2中性盐雾试验(NSS)

3.6.3腐蚀机理

3.7本章小结

第四章等离子弧表面淬火技术方案

4.1等离子弧表面淬火基本原理及特点

4.2等离子弧表面淬火国内外研究现状

4.3等离子弧表面淬火试样的制备

4.3.1试验仪器

4.3.2试验主要材料

4.3.3试验方法

4.4等离子弧表面淬火层性能的检测

4.4.1硬化层深度的测量

4.4.2硬化层硬度的测量

4.4.3对试样波度的影响

4.5组织分析

4.5.1宏观组织分析

4.5.2微观组织分析

4.6干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究

4.6.1模拟试验方法

4.6.2载荷与速度对摩擦系数的影响

4.6.3载荷与速度对磨损率的影响

4.6.4磨损机理

4.7淬火层耐腐蚀性能研究

4.7.1电化学试验

4.7.2中性盐雾试验

4.7.3腐蚀机理

4.8本章小结

第五章三种技术方案的综合评比

5.1涂层／镀层／淬火层基本性能的比较

5.1.1硬度的比较

5.1.2厚度／深度的比较

5.1.3结合强度的比较

5.1.4摩擦系数与磨损率的比较

5.1.5耐腐蚀性能的比较

5.2涂层／镀层／淬火层的经济性比较

5.3涂层／镀层／淬火层的工艺环保性比较

5.4涂层／镀层／淬火层的适用场合

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文