翅片管刀片表面改性处理工艺及性能研究

摘要

空调等领域大量使用的散热用铜翅片管，表层用特殊形状的低碳低合金钢刀片旋转加工而成。为使翅片管外表具有更大表面积和散热能力，对加工用的刀片要求较高，需要其具有良好的加工性能、韧性、较高的硬度和耐磨性。目前企业的现状是刀片硬度和耐磨性较差，寿命较低。针对以上问题，本文采用表面改性技术（QPQ处理）在刀片表面制备复合渗层，系统研究了复合渗层的制备工艺及干滑动摩擦磨损性能。
　　利用正交实验得出的最优工艺参数为：560℃渗氮150min、430℃氧化40min。利用OM、SEM、EDS和XRD等方法对渗层的微观形貌、元素分布和相组成进行分析。利用显微硬度仪和结合力测试对渗层性能进行分析。结果表明：最优工艺下复合渗层厚度约为20.9μm，由外到里依次为氧化膜（Fe3O4）、化合物层（Fe2-3N）和扩散层（Fe4N）。渗层表面均匀致密，截面硬度最高约为705.6HV0.05，比基体提高近3倍，渗层与基体呈现良好的冶金结合。
　　球盘式干滑动摩擦磨损实验表明：在不同载荷、转速和温度下渗层的耐磨性均优于调质态基体。渗层具有低的摩擦系数，磨损率和磨痕深度均出现一个数量级的降低。
　　磨损机理分析表明：常温下，随载荷的增大调质态试样的磨损机理由氧化磨损向剥层磨损和氧化磨损转变，伴有严重的塑性变形，复合渗层的磨损受载荷影响较小，以疲劳磨损为主，伴有材料的剥落，当载荷达到20N时，由于化合物层的磨穿，硬度下降，磨损转变为氧化磨损。随转速增大调质态试样的磨损由塑性变形和氧化磨损转变为剥层磨损和氧化磨损，伴有严重的塑性变形，转速对复合渗层的磨损机理影响不大，均以疲劳磨损为主，伴有材料剥落。高温下固定载荷和转速不变，随着温度的升高调质态试样的磨损机理由剥层磨损为主伴有氧化磨损转变为氧化磨损为主伴有剥层磨损和粘着磨损，复合渗层在不同温度下的磨损面形貌差异不大，磨损机理主要为氧化磨损，250℃时还出现了粘着磨损。
　　总体而言，经过QPQ表面改性处理后，刀片表面获得均匀厚度的复合渗层，使其的硬度和耐磨性得到提高，这将非常有利于刀片使用寿命的提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2 QPQ技术的发展

1.3 QPQ技术的工艺流程

1.4 QPQ技术的机理

1.5 QPQ技术的研究历程

1.6 摩擦磨损机理

1.7 研究目的及内容

第2章 实验材料、设备与方法

2.1 QPQ表面改性层制备

2.2 QPQ表面改性层形貌及性能测试

2.3摩擦磨损实验

第3章 工艺参数优化与渗层形貌及性能研究

3.1引言

3.2正交实验

3.3渗层的形成规律及形貌

3.4渗层的性能

3.5刀片最优工艺处理

3.6本章小结

第4章 常温下表面改性层干滑动摩擦磨损性能研究

4.1引言

4.2实验条件及参数

4.3载荷对磨损率和摩擦系数的影响

4.4 不同载荷下的磨损机理

4.5 转速对磨损率和摩擦系数的影响

4.6 不同转速下的磨损机理

4.7 本章小结

第5章 高温下表面改性层干滑动摩擦磨损性能研究

5.1引言

5.2实验条件及参数

5.3氧化增重实验

5.4温度对磨损率和摩擦系数的影响

5.5不同温度下的磨损机理

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢