生物质成型机螺杆表面耐磨覆层制备的研究

摘要

螺旋挤压成型机是生物质固化成型技术中开发最早、应用最广的生产设备。螺杆是螺旋挤压成型机的核心工作部件，其在高温高压下与物料高速干摩擦，磨损严重，使用寿命短，严重制约了螺旋挤压成型机的效能。目前针对螺杆耐磨性提高的方法大多以修复和表面改性方法为主，但这些方法存在需要对螺杆频繁拆装、工艺复杂、对被处理工件结构要求高等问题。TD法作为化学表面热处理技术，具有操作简单、成本低廉、获得覆层硬度高、与基体结合力强、可以处理复杂结构工件等特点，近年来在国内外被广泛应用到钢材料表面改性中。本课题采用TD盐浴渗钒在螺杆表面制备碳化钒耐磨覆层，系统考察盐浴处理参数对覆层厚度、成分、组织结构及覆层性能的影响规律。通过不同处理参数对45钢材料进行覆层制备，进而探讨工艺条件、覆层组织结构和性能之间的相互关系，并最终优化螺杆覆层制备的制备流程。在优化其处理参数的基础上，探究螺旋挤压成型机螺杆常用材料45钢表面制备碳钒化合物耐磨覆层的处理参数及其处理流程。为进一步延长螺杆寿命，提高螺旋挤压成型机的连续化生产水平和扩大应用范围提供新的方法。本试验研究的主要结论如下:
　　(1)在处理温度为900℃、950℃、100℃，处理时间为2h、5h、8h的参数下，通过扫描电镜检测覆层厚度，结果显示，45钢覆层的厚度随着处理温度或处理时间的增加而增厚，且增长速率逐渐降低。对覆层生长情况进行动力学分析，可知覆层的厚度随时间变化的生长曲线符合碳化物生长动力学模型，在不同处理温度下覆层生长的指数参数n取值与模型拟合程度较好。
　　(2)通过能谱仪、电子探针检测不同处理参数下覆层成分。结果显示覆层几乎只含有C、V两种元素而不包含其他元素，覆层与基体间存在明显的分界面，并且存在微量的元素相互扩散的现象，扩散区域约为2μm。通过X射线衍射仪对覆层进行组织结构分析。结果显示覆层由不同碳钒比VCx化合物组成，其中VC的含量最高，结晶度最好。通过对盐浴多次利用得到的覆层品质进行研究。可得到在不添加除配方外的额外成分时，盐浴大约能够重复利用4次。覆层品质随着盐浴重复使用次数的增多而下降。
　　(3)通过显微硬度仪、摩擦磨损试验机，检测不同处理参数下的覆层硬度和摩擦磨损性能。可知在高温、长时间的处理条件下覆层能够获得较高硬度和摩擦磨损性能。摩擦因数为调质后45钢的0.44倍，耐磨性为调质后45钢的3倍。覆层最佳处理参数为950℃、8h。对45钢螺杆结构进行改进，节省了TD处理原料和覆层制备时间成本。并在之前试验得到的优化工艺后在螺杆表面成功制备了耐磨覆层。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 生物质固化成型技术

1．1．1 挤压成型机螺杆的失效形式

1．1．2 提高螺杆使用寿命的研究进展

1．2 TD盐浴法

1．2．1 TD法制备VC覆层的原理

1．2．2 TD法制备VC覆层的组织研究

1．2．3 TD处理覆层性能

1．2．4 金属表面状况及前处理

1．2．5 TD法制备VC覆层的盐浴种类

1．3 研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 TD法制备覆层厚度动力学研究

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验仪器与设备

2．1．3 试验方法

2．2 试验结果分析及讨论

2．2．1 几种常见试验问题的分析

2．2．2 不同处理参数下对VC覆层厚度的影响

2．2．3 覆层生长动力学分析

2．3 本章小结

第三章 TD法制备覆层组织结构及浴盐多次利用研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验设备

3．1．3 试验方法

3．2 试验结果分析与讨论

3．2．1 TD法制备VC覆层的成分分析

3．2．2 TD法渗钒覆层组织结构分析

3．2．3 盐浴重复利用次数效果及分析

3．3 本章小结

第四章 TD法制备覆层性能研究及螺杆覆层试制

4．2 材料与方法

4．1．3 试验方法

4．2 试验结果分析与讨论

4．2．1 覆层硬度检测试验

4．2．2 覆层摩擦磨损性能

4．2．3 螺杆VC覆层制备处理参数优化

4．2．4 螺杆结构改进

4．2．5 螺杆耐磨覆层制备

4．2．6 螺杆覆层组织形貌及硬度

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

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