QPQ与镀锌复合处理对风电高强度紧固件力学性能和抗腐性能的影响

摘要

QPQ技术是近年来发展起来的新的金属表面强化改性技术之一。它完全消除了对环境的污染，起到表面防腐和热处理的双重作用，与常规方法相比更有效地提高了耐磨、耐疲劳、耐腐蚀，且变形小，大幅节能，已广泛应用在汽车，机车，机械等行业。
　　 本论文采取先QPQ后镀锌的复合处理对35CrMo钢进行表面改性处理。本论文采用的是成熟的镀锌工艺，主要考虑QPQ工艺对渗层组织的影响，运用金相法和断面硬度梯度的方法检测了渗层厚度与质量，探讨了工艺参数对渗层组织的影响，通过盐雾试验探讨了QPQ工艺参数对抗腐蚀性能的影响。由于镀锌对力学性能的影响较小，主要考虑QPQ工艺参数对力学性能的影响。QPQ工艺参数主要有氮化温度、氮化时间和氰酸根质量分数。QPQ工艺中温度对力学性能的影响较大，所以设计了500℃、550℃、580℃、630℃四个温度，再根据QPQ工艺参数对渗层组织的影响规律匹配渗氮时间、氰酸根的质量分数等其它工艺参数，600℃以上的为深层QPQ，深层QPQ与常规QPQ相比多了一层中间层，中间层组织受冷却方式的影响，故630℃的QPQ工艺又设计了水冷、空冷、随炉冷三种冷却方式。对以上常规QPQ的3种工艺以及深层QPQ的3种工艺处理的试样进行拉伸试验、冲击试验以及拉伸试样断口分析，通过数据分析得出35CrMo钢在500℃处理的抗拉强度、屈服强度、断面伸长率、断面收缩率和冲击功等综合力学性能是所做工艺中较好的。按500℃的这个工艺进行QPQ处理后再镀锌得到复合处理的渗镀层，再通过采用盐雾试验和电化学测试复合处理试样的抗腐蚀性能。
　　 研究结果表明：35CrMo钢在500℃处理的抗拉强度、屈服强度、断面伸长率、断面收缩率和冲击功分别为：990MPa,815MPa、15.2％、55.13％和146J.cm-2，是所做工艺中较好的。由拉伸试样断口分析可知：化合物层主要为脆性断裂；中间层的断裂类型与冷却后的产物、比例及分布有关；扩散层主要为沿晶断裂；基体为韧性断裂。500℃处理的QPQ抗盐雾时间为18小时；镀锌的抗盐雾时间为72小时；复合处理的试样抗盐雾时间为420小时。复合处理的试样抗盐雾时间远远超过单一的QPQ处理和镀锌。渗镀层在NaCl溶液中的腐蚀电位随溶液中Cl-离子浓度的增加而降低，随温度的升高而降低，这表明渗镀层的耐蚀性能随溶液中氯离子浓度的增加而降低，随温度的升高而降低；渗镀层在酸性NaCl溶液中的腐蚀电位比碱性溶液明显负移，渗镀层在碱性NaCl溶液中的腐蚀电位比中性溶液中有明显负移，说明在中性环境下渗镀层的耐蚀性能最好，在碱性环境下次之，在酸性环境下最差。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 钢铁的表面处理现状

1.1.1 钢铁一般的表面改性技术方法

1.1.2 复合表面技术

1.2 QPQ技术

1.2.1 QPQ技术的工艺过程

1.2.2 QPQ渗层的耐蚀机理

1.2.3 QPQ理论研究方面的进展

1.2.4 QPQ处理产品的抗蚀性

1.2.5 QPQ技术的应用

1.3 电镀基本概念

1.3.1 镀锌

1.3.2 锌的电沉积原理

1.3.3 工艺流程

1.3.4 镀锌的四种类型

1.4 紧固件

1.4.1 风电紧固件

1.4.2 风电紧固件表面处理的现状

1.5 腐蚀

1.5.1 腐蚀

1.5.2 腐蚀的分类

1.5.3 电化学腐蚀

1.5.4 Tafel曲线

1.5.5 交流阻抗

1.6 本研究的内容及意义

1.6.1 本研究的内容

1.6.2 本研究的意义

1.7 本实验执行的基本路线

2 实验方法和条件

2.1 实验材料选择

2.1.1 材料选择背景

2.1.2 材料得成分及处理状态

2.1.3 试样的加工

2.2 工艺参数及设备

2.2.1 QPQ工艺参数

2.2.2 QPQ设备

2.3 QPQ与镀锌复合处理工艺设计

2.4 性能的测定

2.4.1 结合力的测定

2.4.2 渗层的组织与性能的表征

2.4.3 盐雾腐蚀实验

2.3.7 腐蚀电化学性能检测

3 QPQ工艺对渗层组织的影响

3.1 QPQ处理前的清洗对试样渗层组织的影响

3.2 预热对QPQ处理试样渗层组织的影响

3.3 氮化温度对渗氮层厚度的影响

3.4 氮化时间对渗氮层厚度及疏松的影响

3.5 CNO-质量分数对渗氮层厚度的影响

3.6 本章小结

4 QPQ工艺参数抗腐蚀性能的影响

4.1 盐浴氮化时间对QPQ处理试样抗蚀性的影响

4.2 盐浴氮化温度对QPQ处理试样抗蚀性的影响

4.3 化合物层的交流阻抗特性

4.3.1 氮化温度对化合物层交流阻抗的影响

4.3.2 PH对化合物层EIS谱的影响

4.3.3 氯离子浓度对化合物层EIS谱的影响

4.4 本章小结

5 QPQ处理对试样力学性能的影响

5.1 QPQ渗层形貌

5.2 QPQ渗层显微硬度

5.3 拉伸和冲击试验

5.4 拉伸试样断口分析

5.5 本章小结

6 QPQ与镀锌复合处理对抗腐蚀性能的影响

6.1 复合处理的显微组织

6.2 镀锌结合力的测试

6.3 QPQ、镀锌及复合处理试样耐蚀性能比较

6.4 复合处理的极化曲线

6.4.1 氮化温度对复合层极化行为的影响

6.4.2 PH值对复合层极化行为的影响

6.4.3 氯离子浓度对复合层极化行为的影响

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢