等离子喷涂镍基复合涂层的微观结构及摩擦学行为研究

摘要

等离子喷涂技术作为一种重要的表面改性技术，在汽车、航空、航天等领域的耐磨、耐腐蚀改性处理方面获得了广泛的应用。此外金属基复合材料因其高韧性和塑性以及其他材料的一些优异性能如高硬度等而大量应用于工业各领域，因此采用等离子喷涂技术制备的金属基复合涂层具有比单一材料更加优异的力学性能和机械性能等，能够满足材料日益发展的需求。　　采用等离子喷涂技术制备镍基复合涂层，选择镍基合金（Ni60AA粉末）为基体相，添加碳化钨粉末(WC-12％Co粉末)为增强相以改善镍基涂层相对于其它一些材料的低硬度和耐磨损问题。结果表明：热喷涂镍基复合涂层的物相组成相比原始粉末未发生显著变化，均由镍固溶体相和WC增强相所组成；微观结构分析显示镍基涂层为典型的层状结构，涂层气孔率降低，添加的WC增强相成带状分布，表明易于变形的团聚WC颗粒改善了镍基合金涂层的喷涂性能。　　制备并考察了WC增强相对镍基复合涂层力学性能的影响，结果表明：WC增强相显著提高了镍基复合涂层的硬度，但是造成涂层弹性模量的下降，进而硬模比随WC增强相含量的增大而增大。　　研究了镍基复合涂层在仿发动机运行工况下（油润滑、贫油润滑、干摩擦）的摩擦磨损行为及机理，结果表明：直接喷涂于铝基体的镍基复合涂层显著改善了铝合金材料的耐磨损性能，尤其是贫油润滑和干摩擦条件下摩擦磨损性能，可大大提高发动机缸体的运行寿命；此外制备的喷涂涂层中存在着一定的空隙，在摩擦磨损的过程中这些空隙可以起到暂时储存颗粒以及储油的功能，这对于改善涂层的摩擦性能起到了至关重要的作用。随后WC增强相的加入则进一步降低了体系的磨损率，提高铝合金涂层材料的高耐磨，有望替代镶嵌铸铁缸套。　　研究了镍基复合涂层在海洋工况下（海水润滑、纯水润滑、干摩擦）的腐蚀磨损行为机理，结果表明：镍基复合涂层改善了316L不锈钢的腐蚀摩擦性能，通过对镍基复合涂层和不锈钢基体在人工海水溶液中磨损腐蚀性能实验的结果分析，可以看出镍基复合涂层相对于不锈钢表现出的优异的耐磨损腐蚀性能，因此，镍基复合涂层可用于不锈钢材料的表面强化，改善海洋工况下运转部件的耐磨蚀性能。

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第1章绪论

1.1 引言

1.2 热喷涂技术

1.3 等离子喷涂技术

1.4 等离子喷涂材料

1.5 本课题的主要意义

第2章实验方案与方法

2.1 喷涂原材料

2.2 实验仪器

2.3 实验方案

第3章镍基复合涂层的组织、结构及力学性能研究

3.1 等离子喷涂镍基复合涂层的制备

3.2 镍基复合涂层的组织及微观结构分析

3.3 镍基涂层力学性能的表征

3.4 本章小结

第4章发动机工况用镍基复合涂层的摩擦学行为研究

4.1 前言

4.2 镍基涂层在不同润滑条件下摩擦磨损性能分析

4.3 镍基复合涂层在不同润滑条件下摩擦磨损性能分析

4.4 本章小结

第5章海洋工况用镍基复合涂层腐蚀磨损性能研究

5.1 前言

5.2 镍基复合涂层和不锈钢力学性能的表征

5.3 镍基复合涂层和不锈钢静态腐蚀行为表征

5.4 镍基复合涂层和不锈钢腐蚀磨损的表征

5.5 本章小结

第6章结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果