等离子喷涂镍基合金涂层汽车齿轮轴的摩擦学机理及应用研究

摘要

为保证汽车安全性和可靠性，在易失效的汽车齿轮轴表面等离子喷涂具有较高显微硬度和耐磨性的合金Ni60并渗入Mo/TiB2、Co、Cr喷涂粉形成耐磨涂层；采用U36的均匀设计方法进行试验设计；在热处理的轴用材料低碳合金钢20CrMoTi表面，运用等离子喷涂技术制备涂层厚度分别为200μm、400μm、600μm的Ni60基 Mo、Co、Cr合金涂层，同样在中碳合金钢35CrMo表面制备涂层厚度分别为200μm、400μm、600μm的Ni60基TiB2、Co、Cr合金涂层；使用HV-1000普及型硬度计对涂层进行显微硬度测量；应用 M-200磨损试验机对涂层表面进行磨损试验，试验条件：15＃机油润滑、加载F=10N、磨损时间T=100min(20min/次)、低速200rad/min；利用SEM和EDS对涂层剖面及磨损表面进行组织形貌和元素分析；选用人工神经网络方法对试验结果进行仿真、优化、预测和分析，依据预测结果进行验证试验。
　　研究结果表明：Ni60基Mo/TiB2、Co、Cr合金涂层在涂层厚度分别为200μm、400μm、600μm时，显微硬度分别在716.2HV-1577HV/915HV-1497.3HV、857.8HV-1661.6HV/799.4HV-1322.9HV、688.1HV-1234HV/773.6HV-955.9HV内，磨损量分别在0.0027g-0.0282g/0.0024g-0.0919g、0.0024g-0.0273g/0.0039g-0.0603g、0.0043g-0.0571g/0.0043g-0.0571g内；对比20CrMoTi/35CrMo2种基体的显微硬度372HV/481HV和磨损量0.0226g/0.0358g，Ni60基Mo/TiB2、Co、Cr合金涂层显微硬度分别是基体的1.9-4倍/1.9-3.1倍、2.3-4.4倍/1.6-2.1倍、1.8-3.3倍/1.6-1.9倍，耐磨性分别是基体的0.8-8倍/0.4-14倍、0.8-9倍/0.6-9倍、0.9-2.6倍/0.6-8倍；Ni60基Mo/TiB2、Co、Cr合金涂层在涂层厚度为400μm/200μm时具有较好综合性能；2种涂层都呈层状结构分布且与20CrMoTi/35CrMo结合良好，涂层的磨损机理都主要是粘着磨损、表面疲劳磨损及磨粒磨损；喷涂中形成的氧化物、碳化物和金属钝化物能有效的提高涂层的综合性能。将验证试验结果和人工神经网络的理论预测值对比：涂层厚度为400μm的 Ni60基 Mo、Co、Cr合金涂层的显微硬度误差在20％内，磨损误差在15%内；涂层厚度为200μm的Ni60基TiB2、Co、Cr合金涂层的显微硬度误差在11%内，磨损误差在12%内；2种涂层的实际测量值和预测值的相对误差均在允许范围内，因此可用人工神经网络来提供 Ni60基合金涂层中元素配比与涂层显微硬度和磨损量间关系的规律集，建立三元回归方程，然后运用回归方程推选出具有实际需要的且综合性能较好的Ni60基Mo/TiB2、Co、Cr合金涂层，这对于节能环保、提高汽车齿轮轴的寿命、保证行车安全具有非常重要的意义。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 在汽车零部件上等离子喷涂镍基涂层的国内外研究现状

1.3 等离子喷涂Mo、TiB2、Co及Cr涂层的研究现状

1.4 本章小结

第2章 试验材料、方法和设备

2.1 试验材料的选用与制备

2.2 试验方法

2.3 试验设备

2.4 本章小结

第3章等离子喷涂Ni60基Mo、Co、Cr合金涂层的摩擦学研究

3.1 涂层显微硬度的测量结果及分析

3.2 涂层磨损试验的测量结果及分析

3.3涂层SEM和EDS的测量结果及分析

3.4 本章小结

第4章等离子喷涂Ni60基TiB2、Co、Cr合金涂层的摩擦学研究

4.1 Ni60基TiB2、Co、Cr合金涂层显微硬度的测量结果及分析

4.2 Ni60基TiB2、Co、Cr合金涂层磨损试验测量结果及分析

4.3涂层SEM和EDS的测量结果及分析

4.4 本章小结

第5章 人工神经网络仿真预测和优化

5.1 人工神经网络仿真预测

5.2 Ni60基Mo/TiB2、Co、Cr合金涂层验证试验优化及分析

5.3本章小结

结论

本研究的不足之处和展望：

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果

致谢