铜基表面机械合金化制备Cu-(Cr)-(W)二元及三元复合涂层的研究

摘要

表面机械合金化作为一种新型的材料表面处理技术，不仅可以用于制备块体材料表面纳米晶粒层，也可用于材料表面涂层的制备。在机械合金化制备涂层的过程中，金属粉末和基体材料在高能磨球反复的撞击和碾压作用下，粉末颗粒不断受到挤压变形，反复经历冷焊、断裂和再冷焊的过程，基体材料表面及粉末颗粒被极大地活化，从而发生形变的粉末颗粒就能够沉积在基体表面形成涂层。根据这一原理，本文将在纯铜基体表面制备铜基合金涂层，以提高纯铜基体的表面性能。
　　本文实验内容将从三个部分进行研究，分别在纯铜基体表面制备 Cr-Cu二元复合涂层、Cr-Cu/W-Cu双层复合涂层及Cu-Cr-W三元复合涂层。在关于Cr-Cu二元复合涂层制备的部分，着重研究 Cu、Cr粉末成分配比对涂层形貌、组织结构及性能的影响。第二部分研究的是Cr-Cu/W-Cu双层复合涂层的制备，由于利用机械合金化方法制备双层异种涂层需要考虑到两涂层之间的结合性，本实验研究了内层Cr-Cu涂层的退火处理对双层涂层成形的影响，还研究了不同球磨转速下制备外层W-Cu涂层对最终双层涂层形貌及结构的影响。在本文的最后一部分是关于Cu-Cr-W三元复合涂层的制备，主要研究的是不同原始混合粉末成分配比以及球磨工艺参数对 Cu-Cr-W三元复合涂层成形性及性能的影响，并对不同球磨时间参数下 Cu-Cr-W复合涂层的形成机理进行了探讨分析。
　　实验采用扫描电子显微镜、能谱仪和 X射线衍射仪等检测分析手段对制备得的涂层的表、界面进行显微组织形貌、化学成分及物相结构分析，涂层的力学性能可以通过显微硬度测试、划痕实验和摩擦磨损实验等来测试。
　　实验结果表明，Cu含量的增加一方面能改善Cr-Cu涂层的结合性能，另一方面会降低涂层的力学性能，在Cu含量在30~50 wt.％成分范围时，能获得较好成型性的Cr-Cu涂层；当内层Cr-Cu涂层的退火温度为800℃，制备外层W-Cu涂层的球磨转速为350 rpm时，所制备的Cr-Cu/W-Cu双层复合涂层具有相对较高的涂层质量；Cu-Cr-W三元复合涂层的最佳制备参数为40 wt.%Cu-Cr-W，球磨转速为300 rpm，球磨时间为7 h，其硬度测试以及摩擦磨损实验结果表明所制备的Cu-Cr-W涂层能极大地提高基体材料的表面性能。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 铜铬合金及铜钨合金的研究现状

1.3 机械合金化概述

1.4 本文研究内容及要解决的问题

第二章 实验材料及实验方案设计

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 涂层试样的制备

2.4 涂层研究方法与手段

第三章 不同粉末配比对Cr-Cu二元复合涂层组织及性能的影响

3.1 实验过程及参数设计

3.2 Cr-Cu合金涂层组织与成分分析

3.3 涂层性能分析

3.4 本章小结

第四章 Cr-Cu/W-Cu双层复合涂层的制备及组织和性能

4.1 实验过程

4.2 内层Cr-Cu涂层的退火处理对外层W-Cu涂层形成的影响

4.3 不同球磨转速下外层W-Cu涂层的制备对双层涂层成形的影响

4.4 本章小结

第五章 Cu-Cr-W三元复合涂层的制备及组织性能的研究

5.1 实验过程及参数设计

5.2 粉末配比对Cu-Cr-W三元复合涂层结构和性能的影响

5.3球磨转速对Cu-Cr-W三元复合涂层结构和性能的影响

5.4球磨时间对Cu-Cr-W三元复合涂层结构和性能的影响

5.5 本章小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文