检索结果-南通市图书馆

作者：夏志迎北京交通大学

学位级别：硕士

脉冲高能量密度等离子体薄膜沉积技术具有束流强、功率密度和能量密度高,能够集高速淬火、溅射制膜和离子注入于同一过程,可大幅度提高基体的表面硬度、耐磨性及耐蚀性。等离子熔敷复合材料涂层技术具有能量利用率高、生产效率高、使用... 详细信息

脉冲高能量密度等离子体薄膜沉积技术具有束流强、功率密度和能量密度高,能够集高速淬火、溅射制膜和离子注入于同一过程,可大幅度提高基体的表面硬度、耐磨性及耐蚀性。等离子熔敷复合材料涂层技术具有能量利用率高、生产效率高、使用成本低等特点,制备的涂层组织均匀细小,具有典型的快速凝固特征,涂层与基体结合良好,耐磨损耐腐蚀。北京地区的地层主要是以软土及沙卵石地层为主,地铁施工过程中盾构刀具磨损严重,使用寿命较低,面对这一现实情况,本文分别采用脉冲高能量密度等离子体沉积薄膜技术和等离子熔敷耐磨耐蚀复合材料涂层技术对地铁施工用盾构刀具的刀刃及刀体易磨损面进行表面改性处理,用以提高刀具耐磨耐蚀性能,延长其使用寿命。采用脉冲高能量密度等离子体薄膜沉积技术在不锈钢及淬火高速钢基底表面沉积了Ta(C)N三元薄膜,对Ta(C)N三元薄膜的结构、表面形貌、纳米硬度及其元素沿深度分布进行了分析,并测试了薄膜的摩擦磨损特性。试验结果表明:Ta(C)N三元薄膜硬度高达14GPa,杨氏模量高达250GPa,薄膜和基底之间存在较宽的过渡层,保证了薄膜与基体的牢固结合,室温干滑动摩擦试验表明薄膜具有优异的摩擦磨损性能。采用等离子熔敷复合材料涂层技术在45#钢基体表面制备了(Cr,Fe)C/γ-Fe耐磨耐蚀复合材料涂层,分析了涂层的显微组织,测试了涂层的显微硬度和摩擦磨损性能及其耐腐蚀性能。结果表明:熔敷涂层平均显微硬度达820 HV,与基体相比,涂层的相对耐磨性提高约35倍,涂层耐蚀性能优异。按照优化的工艺参数,采用脉冲高能量密度等离子体薄膜沉积技术在盾构刀具硬质合金刀头上沉积Ta(C)N三元薄膜;按照优化后的工艺参数及粉末成分配比,采用等离子熔敷复合材料涂层技术,在盾构刀具刀体易磨损面上制备了(Cr,Pe)C/γ-Fe耐磨耐蚀复合材料涂层。经这两种等离子体技术表面改性处理的盾构刀具在北京地铁十号线施工现场做了现场试验,结果表明,刀具的耐磨耐蚀性能显著提高,刀具的服役周期明显延长。

关键词：脉冲高能量密度等离子体等离子熔敷复合材料涂层显微组织耐磨性耐蚀性

用于表面增强拉曼散射的纳米复合材料的制备与研究

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用于表面增强拉曼散射的纳米复合材料的制备与研究

作者：吕汉勋北京交通大学

学位级别：硕士

表面增强拉曼散射(SERS)技术在检测极微量的小分子方面有极大的潜力,因此自1974年被发现以来,就被逐渐广泛应用于生物、化学和材料的微观物质研究和检测领域。根据SERS的增强机理可知,其发展的核心之一是增强基底的选择。应用于增强基... 详细信息

表面增强拉曼散射(SERS)技术在检测极微量的小分子方面有极大的潜力,因此自1974年被发现以来,就被逐渐广泛应用于生物、化学和材料的微观物质研究和检测领域。根据SERS的增强机理可知,其发展的核心之一是增强基底的选择。应用于增强基底的研究要点有两方面,一方面是制备新型的纳米结构,从而生成更多的SERS增强“热点”;第二是制备纳米复合材料并研究SERS复合基底增强机理,从而将化学增强机制和电磁场增强机制进行有效的耦合,使SERS增强效果产生大的提升。截止目前,关于增强基底的研究已从最初的贵金属及半导体纳米材料等单一材料发展到纳米复合材料。基于现状,本文制备了金属／半导体和金属／氧化石墨烯纳米复合材料,并对其SERS效应进行了研究。本文成功制备了Ag/TiO2纳米复合材料,包括采用多元醇法成功得制备了Ag纳米线,并就其成形机理进行了分析;采用新颖的方式在钛片上制备了N掺杂的Ti02纳米结构(N-TiO2),通过对反应时间和反应物的调整,成功控制了Ti02纳米结构的形貌,研究了N-TiO2的吸光系数与可见光下光催化效果的联系;在Ti02纳米棒上原位自生了Ag纳米颗粒,从而形成了Ag/TiO2复合纳米结构,SERS实验结果表明Ag/TiO2纳米复合材料的SERS增强效果要优于Ag纳米颗粒,是由于半导体材料的化学增强机制与贵金属颗粒的局域电磁场增强机制产生了耦合,从而达到增强的效果。本文成功制备了Ag/氧化石墨烯纳米复合材料,包括采用改进的密闭氧化法制备了氧化石墨烯材料,在氧化石墨烯的表面原位自生了Ag纳米颗粒,通过SERS分析表明,该复合材料的SERS增强效果要优于Ag纳米颗粒但却低于Ag/TiO2纳米复合材料,这是由于氧化石墨烯在光诱导下的独特的电荷转移机制与贵金属颗粒的局域电磁场增强机制耦合所产生的结果。

关键词：拉曼散射表面增强拉曼散射二氧化钛氧化石墨烯纳米复合材料

等离子快速成形TiC增强高温合金基复合材料组织及性能研究

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等离子快速成形TiC增强高温合金基复合材料组织及性能研究

作者：孙广宝北京交通大学

学位级别：硕士

等离子快速成形技术可以直接成形形状复杂的金属原型或零件,可用于金属或梯度材料的快速成形与零部件的表面修复,是低成本直接快速成形制造金属结构件的有效途径。Inconel 718因其在650 ℃以内的屈服强度居变形高温合金的首位,且具有良... 详细信息

等离子快速成形技术可以直接成形形状复杂的金属原型或零件,可用于金属或梯度材料的快速成形与零部件的表面修复,是低成本直接快速成形制造金属结构件的有效途径。Inconel 718因其在650 ℃以内的屈服强度居变形高温合金的首位,且具有良好的抗疲劳、抗氧化、耐腐蚀和长期组织稳定性而得到广泛的应用。TiC因其熔点高、弹性模量高、硬度高、耐磨性好与高温稳定性好等优点而常被用作耐磨复合材料的增强相。本文分别以纯Inconel 718粉末与Inconel 718-23.5Ti-14.5镍包石墨(wt.%)、Inconel 718-29.5Ti-20.5 镍包石墨(wt.%)和 Inconel 718-37.5Ti-26.5 镍包石墨(wt.%)三种混合粉末为原料,利用等离子熔化沉积快速成形技术制备了 TiC为高温耐磨增强相、以主要组成相为γγ"-NiNb和固溶了大量合金元素的过饱和镍基固溶体的Inconel 718镍基高温合金为基体的高温耐磨复合材料。利用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了快速成形Inconel 718试样与复合材料的显微结构与相组成。结果表明:等离子快速成形Inconel 718试样组成相为y"-NiNb和γ-(Ni,Fe)固溶体;三种复合材料的组成相为TiC、γ"-NiNb和γ-(Ni,Fe)固溶体。复合材料组织细小且致密,γ"-NiNb依附于TiC初生相析出,并逐渐包覆初生TiC相。热处理制度对Inconel 718试样与复合材料组织影响有所不同,Inconel 718试样经固溶+时效处理促进了其γ"-NiNb相的析出,直接时效处理则不然,而两种热处理工艺对复合材料中γ"-NiNb相影响各不相同,但均导致复合材料发生组织粗化与析出相聚集连续的现象。利用显微硬度仪测试了复合材料的显微硬度,结果表明复合材料硬度随TiC含量的增加而上升。利用销-盘式常温磨损试验机测试了复合材料的常温干滑动摩擦磨损性能,结果表明在常温干滑动磨损条件下,Inconel 718试样常温耐磨性能较差,固溶+时效处理使其常温耐磨性能有所提高,而复合材料由TiC起抗磨骨干作用,常温耐磨性能随TiC含量的增加而上升,两种热处理工艺因对复合材料组织的影响均不利于了复合材料的常温耐磨性能。利用球-盘式高温磨损试验机测试了复合材料的高温干滑动摩擦磨损性能,结果表明在高温干滑动磨损条件下,Inconel 718试样磨损表面由于氧化磨损与磨粒磨损的共同作用,氧化膜遭接触应力破坏导致材料内部进一步发生氧化,并出现氧化膜剥落与转移的现象,而复合材料由于TiC耐磨增强相的引入,有效抵抗了接触应力所导致的磨粒磨损状况,并得以抑制材料内部的进一步氧化,使复合材料相较于Inconel 718高温合金具有较低的摩擦系数和磨损率,而过高的TiC含量不利于复合材料的抗载荷敏感性,因而适当的TiC耐磨增强相与Inconel 718高温合金基体含量可使复合材料表现出良好的高温耐磨性能,其中以Inconel 718-29.5Ti-20.5镍包石墨(wt.%)成分粉末为原料制备的复合材料具有最好的高温耐磨性能,应可用于高接触应力条件下的高温强磨损工况。

关键词：等离子快速成形高温合金基复合材料高温耐磨性能

碳含量及固溶温度对SLM成形GH3230微观组织及力学性能的影响

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碳含量及固溶温度对SLM成形GH3230微观组织及力学性能的影响

作者：李伟北京交通大学

学位级别：硕士

选区激光熔化(selective laser melting,简称SLM)成形技术可以不使用模具直接成形结构复杂的零部件,在复杂结构零部件的制造领域表现出较强的技术优势,近年来,该技术在航空航天领域得到了广泛应用。本文以先进军用航空发动机燃烧室的制... 详细信息

选区激光熔化(selective laser melting,简称SLM)成形技术可以不使用模具直接成形结构复杂的零部件,在复杂结构零部件的制造领域表现出较强的技术优势,近年来,该技术在航空航天领域得到了广泛应用。本文以先进军用航空发动机燃烧室的制造为应用背景,系统研究了合金中C元素含量及热处理工艺对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金显微组织及高温力学性能的影响规律,利用相图计算软件JMat Pro计算了碳化物的析出过程,探讨了碳化物对合金的强化机理,优化了合金成分及热处理工艺。设计了C含量分别为0.3%、0.15%、0.08%的GH3230高温合金(分别命名为230-1、230-2、230-3),以考察C含量对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金的综合高温力学性能的影响。利用选区激光熔化成形技术制备了三种C含量不同的GH3230高温合金试样。设计了温度分别为1180℃、1200℃、1230℃、1250℃的四种固溶热处理制度,按照设计的温度对三种成分的选区激光熔化成形GH3230高温合金试样进行了固溶处理,对比分析三种C含量不同的选区激光熔化成形GH3230合金的微观组织形貌。发现:随着固溶温度的升高,230-1和230-2合金中碳化物尺寸均呈现先增大后减小再增大的趋势,固溶温度为1230℃时碳化物尺寸最小,1250℃时碳化物尺寸最大;而230-3合金中碳化物尺寸随着固溶温度的升高呈减小趋势,固溶温度为1180℃时碳化物尺寸最大,1250℃时碳化物尺寸最小。随着合金中C含量的升高,合金中碳化物数量明显增加;而随着固溶温度的升高,230-1合金中碳化物数量变化不明显,230-2和230-3合金中碳化物数量明显减少,且230-3较230-2的碳化物数量减少更明显。230-1析出了MC和MC两种碳化物,而230-2和230-3只析出了MC一种碳化物。随着合金中C含量的升高,碳化物的钉扎作用加强,晶粒变细小;随着固溶温度的升高,230-1合金晶粒尺寸变化不明显,而230-2和230-3合金晶粒明显变大,其中230-3合金晶粒变大趋势最为明显。高温拉伸试验结果表明:随着C含量的升高,样品的强度升高而塑性降低。随着固溶温度的升高,其强度和塑性均先升高后降低,且在1230℃时达最高,显微硬度也有一致的规律。高温拉伸断口形貌观察分析结果表明:与材料生长方向相垂直的方向上的样品,其拉伸断口形貌呈现“解理断口”的特征;而与材料生长方向相平行的方向上的样品,其断口形貌呈现“沿晶断裂”的特征,并且与材料生长方向相平行的方向上的样品断裂方式为韧性断裂。这表明了三种成分的GH3230样品在高温下的断裂方式主要是沿晶断裂。基于以上分析可知,固溶温度为1230℃时,SLM成形GH3230合金的高温拉伸力学性能最优,C含量为0.3%的SLM成形GH3230合金强度最高,C含量为0.08%的韧性最高。

关键词：选区激光熔化 GH3230合金碳化物合金成分热处理高温拉伸性能

钻井泵缸套内壁等离子熔敷耐磨耐蚀复合材料涂层强化研究

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钻井泵缸套内壁等离子熔敷耐磨耐蚀复合材料涂层强化研究

作者：张伟北京交通大学

学位级别：硕士

石油钻井泵缸套长期承受高循环应力及钻井液中所含高硬度石英砂颗粒的冲蚀磨损作用,缸套内壁材料耐磨损抗疲劳性能要求较高。针对现有缸套耐磨性较差,使用寿命较低的状况,本文采用等离子熔敷表面改性技术对缸套内壁进行表面强化,在缸套... 详细信息

石油钻井泵缸套长期承受高循环应力及钻井液中所含高硬度石英砂颗粒的冲蚀磨损作用,缸套内壁材料耐磨损抗疲劳性能要求较高。针对现有缸套耐磨性较差,使用寿命较低的状况,本文采用等离子熔敷表面改性技术对缸套内壁进行表面强化,在缸套内壁制备同缸套基材呈良好冶金结合的,具有快速凝固特征的高硬度、强耐磨先进复合材料涂层,以大幅度提高缸套的抗磨损能力,延长缸套的使用寿命。金属硅化物Ti5Si3具有常温及高温硬度高,抗氧化、抗腐蚀性能好,抗粘着磨损及磨料磨损性能优异等特点,可作为耐磨复合材料涂层的增强相。本文以Ti-Si二元相图和Fe-Si-Ti三元相图为依据,同时考虑基材稀释率及大气环境的影响,优选了20.5Fe28Si51.5Ti(at.%),17Fe34Si49Ti (at.%),16Fe24Si60Ti(at.%), 11Fe33Si56Ti(at.%)四种不同比例的Fe-Si-Ti混合粉末为原料,在37CrMnMo基材表面制备了以钛的金属间化合物为主要增强相的复合材料涂层。采用XRD, OM,SEM和EDS等手段分析了涂层显微组织结构及相组成,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度梯度分布,利用SRV球盘式磨损试验机测试了涂层的室温干滑动磨损性能,并分析了磨损机理。分析结果表明：粉末配比为20.5Fe28Si51.5Ti(at.%)的涂层,其显微组织结构特征为Fe2SiTi初生增强相弥散均匀分布于Ti5Si4/γ-Fe共晶基体相上,由于不含高硬度金属硅化物Ti5Si3,其硬度相对较低,为HV604;粉末配比分别为17Fe34Si49Ti (at.%)、16Fe24Si60Ti (at.%)和11Fe33Si56Ti (at.%)的涂层,都以金属硅化物Ti5Si3为主要增强相,以三元金属间化合物Fe2SiTi/FeSiTi为基体,涂层均具有较高的硬度,分别为HV1224、HV1177、HV912。与基材相比较,上述三种涂层的耐磨性分别提高了8倍、5.71倍和5倍。总体趋势为：含有金属硅化物Ti5Si3的涂层硬度明显高于不含金属硅化物Ti5Si3的涂层,含Ti5Si3的涂层中,Ti5Si3的体积分数越高,分布越均匀,粒径越小,涂层的硬度越高,耐磨性越好。

关键词：等离子熔敷涂层显微组织硬度磨损

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连续挤压模具等离子体材料表面改性研究

连续挤压模具等离子体材料表面改性研究

作者：张欣北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：连续挤压机挤压模具与坯料之间由于存在巨大的摩擦阻力,导致模具磨损严重,模具使用寿命较低。针对这一现实情况,本文拟分别采用脉冲高能量密度等离子体薄膜制备技术和直流等离子弧熔敷技术对连续挤压模具易磨损面进行表面强化处理... 详细信息

摘要：连续挤压机挤压模具与坯料之间由于存在巨大的摩擦阻力,导致模具磨损严重,模具使用寿命较低。针对这一现实情况,本文拟分别采用脉冲高能量密度等离子体薄膜制备技术和直流等离子弧熔敷技术对连续挤压模具易磨损面进行表面强化处理,用以提高模具耐磨、减摩性能,延长连续挤压模具使用寿命。选择高纯氮气为工作气体,同轴枪内、外电极材料均为工业纯钛,以45号钢为基材,利用脉冲高能量密度等离子体技术,采用优化的工艺参数,在室温条件下制备了TiN薄膜。利用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇等方法分析了薄膜的化学成份及显微组织,测试了薄膜的硬度分布及摩擦磨损性能。结果表明：薄膜主要组成相为TiN,薄膜组织致密、均匀,与基材之间存在较宽的混合界面;薄膜硬度高,在干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性及较低的摩擦系数。分别以Ni-46.25Ti-11.5625C-7.5CaF2(wt.%),Ni-45Ti-11.25C-10CaF2(wt.%)和Ni-43.75Ti-10.9375C-12.5CaF2(wt.%)(?)昆合合金粉末为原料,采用等离子熔敷技术在45号基材表面分别制备了CaF2含量不同的(TiC+CaF2)/γ-Ni复合材料涂层,分析了涂层的成分及显微组织,测试了涂层的显微硬度和高温摩擦磨损性能,测试结果表明：等离子熔敷(TiC+CaF2)/γ-Ni复合材料涂层硬度高、组织均匀细小、与基材之间为完全冶金结合;涂层显微组织结构为不规则块状TiC初胜相和少量细片状CaF2弥散分布在的γ-Ni固溶体基体上;涂层在高温滑动磨损试验条件下表现出优异的耐磨性及较低的摩擦系数;涂层中CaF2含量越高,涂层摩擦系数越低,高温耐磨性越好。

关键词：脉冲高能量密度等离子体薄膜等离子熔敷复合材料涂层磨损

选区激光熔化MAR-M509高温合金显微组织及高温拉伸力学性能研究

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选区激光熔化MAR-M509高温合金显微组织及高温拉伸力学性能研究

作者：谢明昭北京交通大学

学位级别：硕士

航空发动机用钴基高温合金导向叶片过去一直采用铸造成形。铸造叶片存在材料利用率低、成品率低、铸造组织粗大,不利于发挥高温合金材料的潜能等缺点。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为近年来发展十分迅速的主流增材... 详细信息

航空发动机用钴基高温合金导向叶片过去一直采用铸造成形。铸造叶片存在材料利用率低、成品率低、铸造组织粗大,不利于发挥高温合金材料的潜能等缺点。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为近年来发展十分迅速的主流增材技术之一,在直接成形类似导向叶片这种具有复杂内腔薄壁空心结构的难熔难加工金属零部件方面展现出巨大的技术优势。本文以航空发动机导向叶片的SLM成形制造为应用背景,系统研究了SLM成形工艺及固溶热处理制度对SLM成形MAR-M509钴基高温合金成形质量、显微组织以及高温拉伸力学性能的影响。以获得成形质量优异的SLM沉积MAR-M509合金试样为目标,研究了激光功率和激光扫描速度两个SLM关键工艺参数对SLM沉积试样成形质量的影响,优化出了SLM关键工艺参数。利用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)以及电子探针(EPMA)等手段对比分析了工艺参数优化前、后SLM沉积MAR-M509合金试样的宏观形貌及微观组织结构特征。以有效提高SLM沉积MAR-M509钴基高温合金的综合高温拉伸力学性能为目的,研究了固溶热处理制度对SLM沉积MAR-M509合金的显微组织及高温拉伸力学性能的影响,优化出了固溶热处理制度。对比分析了按不同固溶热处理制度处理后的SLM沉积MAR-M509合金的显微组织结构特征;利用万能材料试验机测试了合金在980℃拉伸试验条件下的抗拉强度σ,屈服强度σ,断后伸长率A及断面收缩率Z;利用扫描电镜观察了高温拉伸断口形貌,并分析了高温拉伸断裂机制。试验结果表明,当采用最优的SLM工艺参数时,即:激光扫描速度为1200mm/s,激光功率260 W,光斑直径70μm,激光能量密度74.1 J/mm,单层铺粉层厚度30μm,扫描间距90μm,使用条状扫描模式,层间扫描路径旋转角67°,SLM沉积MAR-M509合金孔隙率最低、无可见裂纹、成形质量最好。沉积态MAR-M509合金显微组织由γ固溶体以及微量MC碳化物组成,晶粒多为平行于沉积方向生长的柱状晶,晶粒取向以〈001〉晶向为主,晶内多为细小胞状亚结构。SLM沉积MAR-M509合金按优化的固溶热处理制度(1160℃×4 h(水冷))进行固溶热处理后,其显微组织由γ基体相、MC、MC及MC碳化物构成。在晶粒内,γ固溶体基体上弥散分布着粒径0.1～0.5μm的MC碳化物细颗粒以及大量粒径小于0.1μm的MC碳化物超细颗粒;晶界上弥散分布着粒径1～2μm的MC碳化物以及少量粒径0.1～0.5μm的MC碳化物微粒。原始沉积态柱状晶出现向等轴晶转变的趋势。晶界迁移过程中因弥散分布的超细碳化物颗粒的钉扎作用导致晶界明显弯曲。另外,高的Co含量有效降低了合金的层错能,合金在固溶热处理过程中发生了局部的再结晶现象,形成了少量细等轴晶组织。980℃高温拉伸试验条件下,沉积态MAR-M509合金以及按最优固溶热处理制度处理后的SLM沉积MAR-M509合金的强度及塑性都显著优于铸态MAR-M509合金。与沉积态MAR-509合金相比,固溶处理态MAR-509合金横向试样及纵向试样的抗拉强度及屈服强度略有降低,但断后伸长率显著提高;同时,固溶热处理显著降低了原始沉积态MAR-M509合金力学性能的各向异性。表明SLM沉积MAR-509合金按最优固溶热处理制度处理后,获得了优异的综合高温拉伸性能。固溶处理态SLM沉积MAR-M509合金纵向及横向试样拉伸断口表面均存在大量细小韧窝和撕裂脊,部分裂纹表面存在碳化物颗粒剥离后留下的细小凹坑及未剥离的细碳化物颗粒,表明纵向及横向试样的高温拉伸断裂机制均为韧性断裂。图65幅,表5个,参考文献73篇。

关键词：选区激光熔化 MAR-M509 工艺参数固溶热处理高温拉伸性能

抽油杆接箍表面等离子熔覆耐磨抗蚀自润滑复合涂层强化研究

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抽油杆接箍表面等离子熔覆耐磨抗蚀自润滑复合涂层强化研究

作者：陆富刚北京交通大学

学位级别：硕士

据统计,世界上90%以上的原油是由有杆抽油系统采出的。对于开采中后期的油田,由于地层蠕变使油管跟随套管变形,油管或抽油杆偏离其正常位置,导致抽油杆周期性上下往复运动过程中抽油杆接箍与油管内壁产生摩擦;加之采出液含水量高、矿化... 详细信息

据统计,世界上90%以上的原油是由有杆抽油系统采出的。对于开采中后期的油田,由于地层蠕变使油管跟随套管变形,油管或抽油杆偏离其正常位置,导致抽油杆周期性上下往复运动过程中抽油杆接箍与油管内壁产生摩擦;加之采出液含水量高、矿化度高,使得抽油杆接箍与油管内壁长期处于电化学腐蚀加高接触应力强磨损的恶劣环境下。针对上述具体工况,本文采用等离子熔覆技术在抽油杆接箍外表面制备了原位自生耐磨抗蚀自润滑复合涂层,以期有效提高抽油杆接箍及其对磨偶件油管的使用寿命。本文以化学成分(wt.%)分别为Ni-40Cr-16镍包石墨、Ni-50Cr-20镍包石墨、Ni-60Cr-24 镍包石墨、Ni-52.8Cr-21.2 镍包石墨-10 镍包 MoS2 和 Ni-45.7Cr-18.3 镍包石墨-20镍包MoS2的5种混合粉末为原料,利用等离子熔覆技术在N80钢(接箍用材)基材表面原位合成了耐磨增强相及自润滑相含量不同的5种复合涂层。利用OM、XRD、SEM、EDS等手段分析了复合涂层显微组织结构以及物相组成。结果表明,以Ni、Cr、镍包石墨、镍包MoS2粉末为原料所制备的涂层显微组织由Cr7C3、CrxSy、Mo2C、γ-(Ni,Fe)相构成,Cr7C3/Ni 复合涂层物相主要为 Cr7C3 和 γ-(Ni,Fe),增强相Cr7C3以不规则块状、长条状弥散分布在Cr7C3/γ-(Ni,Fe)共晶基体中;Cr7C3/MoS2/Ni复合涂层物相主要为Cr7C3、CrxSy、γ-(Ni,Fe)和少量的硬质相Mo2C,增强相Cr7C3以块状、长条状及针状,润滑相CrxSy以椭圆形颗粒状弥散分布在Cr7C3/γ-(Ni,Fe)共晶基体中。利用维氏硬度计测试了复合涂层显微硬度,结果表明在Cr7C3/Ni复合涂层中,涂层硬度随Cr-C质量分数增大而增大,在Cr7C3/MoS2/Ni复合涂层中涂层硬度随MoS2含量增大而减小。利用环-块式磨损试验机测试了复合涂层在三种载荷下的摩擦磨损性能,结果表明复合涂层摩擦系数均随着载荷增加而减小,但磨损失重随着载荷增大而增大。其中Cr7C3/Ni复合涂层摩擦系数及磨损失重随着涂层中Cr7C3含量增大而减小;Cr7C3/MoS2/Ni复合涂层摩擦系数随MoS2含量增加而减小,但磨损失重随MoS2含量增加而增大。利用电化学工作站及浸泡试验测试了复合涂层的抗腐蚀性能,结果表明复合涂层耐腐蚀性能相比于N80钢基材均有所提高。其中Cr7C3/Ni复合涂层耐腐蚀性能随着涂层中Cr7C3含量增大而下降,Cr7C3/MoS2/Ni复合涂层耐腐蚀性能随着涂层中MoS2含量增大而下降;N80钢浸泡后腐蚀剥落现象严重,存在大量的腐蚀坑及腐蚀产物,而复合涂层表面形成了一层致密度较高的CaC03垢层,减小了涂层腐蚀面积,使得涂层整体耐腐蚀性能提高。

关键词：等离子熔覆复合涂层磨损电化学腐蚀自润滑

等离子熔化沉积Cr3Si/TiC/Inconel 718复合材料组织及性能研究

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等离子熔化沉积Cr3Si/TiC/Inconel 718复合材料组织及性能研究

作者：刘志宏北京交通大学

学位级别：硕士

发动机涡轮盘涡轮叶片榫头部位在承受复杂应力的同时长期承受高温微动磨损,要求叶片应同时具备优异的高温持久强度及良好的高温耐磨性。单一高温合金材料不具备如此多优良性能,开发综合高温力学性能优异及高温耐磨性良好的先进高温合金... 详细信息

发动机涡轮盘涡轮叶片榫头部位在承受复杂应力的同时长期承受高温微动磨损,要求叶片应同时具备优异的高温持久强度及良好的高温耐磨性。单一高温合金材料不具备如此多优良性能,开发综合高温力学性能优异及高温耐磨性良好的先进高温合金基复合材料成为必然选择。本文以成分配比(wt.%)分别为Inconel 718-Cr50.4-Si9.6,Inconel 718-Cr58.8-Si11.2,Inconel 718-Cr58.8-Si11.2-Ti8.3-镍包石墨1.7,Inconel 718-Cr54.6-Si10.4-Ti12.5-镍包石墨2.5和Inconel 718-Cr50.4-Si9.6-Ti16.7-镍包石墨3.3的系列混合粉末为原料,利用等离子熔化沉积快速成形技术制备了以具有高熔点、高模量、高温硬度高、高温耐磨性优异的过渡族金属硅化物CrSi为高温耐磨增强相,以具有高熔点、较负的吉布斯自由能、适中的密度、高硬度、高模量、优异的耐磨性及热稳定性的金属陶瓷相Ti C为联合增强相,以镍基高温合金Inconel 718为基体的高温高强耐磨高温合金基复合材料,以期满足涡轮叶片苛刻的服役环境。本文采用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了粉末原材料和复合材料的物相组成及复合材料的显微组织结构,探讨了混合粉末成分配比及等离子熔化沉积工艺参数对复合材料显微组织的影响规律;利用显微硬度计测试了复合材料的平均显微硬度;利用SRV型高温磨损试验机测试了复合材料的高温干滑动摩擦磨损性能,利用SEM、EDS及三维白光干涉表面形貌仪观察分析了复合材料磨损表面成分及形貌和三维磨痕形貌,探讨了复合材料的高温磨损机理。结果表明:采用粉末成分为Inconel 718、Cr粉、Si粉所制备复合材料的显微组织主要由CrSi、CrNiSi和γ(Ni,Fe)组成;采用粉末成分为Inconel 718、Cr粉、Si粉、Ti粉、镍包石墨粉所制备复合材料的显微组织主要由初生Ti C、CrSi、CrNiSi及γ-(Ni,Fe)固溶体组成。当粉末成分配比为Inconel 718-Cr50.4-Si9.6(wt.%)和Inconel 718-Cr58.8-Si11.2(wt.%)时,复合材料的显微组织特征为不规则片状、鱼骨状、十字花瓣状CrSi增强相均匀分布在CrNiSi/γ(Ni,Fe)共晶基体上。当粉末成分配比为Inconel 718-Cr58.8-Si11.2-Ti8.3-镍包石墨1.7(wt.%)、Inconel718-Cr54.6-Si10.4-Ti12.5-镍包石墨2.5(wt.%)和Inconel 718-Cr50.4-Si9.6-Ti16.7-镍包石墨3.3(wt.%)时,复合材料的显微组织中观察到颗粒状、不规则团簇状以及雪花状的先析出Ti C,以先析出Ti C颗粒为形核核心,在其周围析出了不规则片状、鱼骨状、十字花瓣状CrSi,Ti C和CrSi弥散分布在CrNiSi/γ(Ni,Fe)共晶基体上。与等离子熔化沉积Inconel 718对比样相比,复合材料的平均显微硬度显著提高,粉末成分配比为Inconel 718-Cr50.4-Si9.6(wt.%)、Inconel 718-Cr58.8-Si11.2(wt.%)、Inconel 718-Cr58.8-Si11.2-Ti8.3-镍包石墨1.7(wt.%)、Inconel 718-Cr54.6-Si10.4-Ti12.5-镍包石墨2.5(wt.%)和Inconel 718-Cr50.4-Si9.6-Ti16.7-镍包石墨3.3(wt.%)的复合材料的平均显微硬度分别为对比样的2.40倍、2.55倍、2.82倍、2.97倍和3.20倍。在相同高温干滑动磨损条件试验下,采用不同粉末成分配比所制备的5种复合材料的摩擦系数和磨损失重均显著低于等离子熔化沉积Inconel 718对比样,其中粉末成分配比为Inconel 718-Cr50.4-Si9.6-Ti16.7-镍包石墨3.3(wt.%)的复合材料表现出最低的摩擦系数和最小的磨损失重;随着复合材料中CrSi含量的增加,复合材料的相对耐磨性相应提高;复合材料磨损机理为较轻的磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损,其良好的高温耐磨性得益于高温耐磨增强相CrSi和Ti C的高温抗磨骨干作用以及高温强韧性优异的Inconel 718基体的粘结和支撑作用。同时,复合材料具有良好的高温抗氧化性能。

关键词：等离子熔化沉积快速成形 Cr3Si TiC 高温合金基复合材料高温磨损高温氧化

等离子熔敷TiC/γ-Ni耐磨抗冲击复合材料涂层组织及性能稳定性研究

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等离子熔敷TiC/γ-Ni耐磨抗冲击复合材料涂层组织及性能稳定性研究

作者：韩云龙北京交通大学

学位级别：硕士

煤炭在国民经济中占有极其重要的战略地位,近段时期内,我国以煤炭为主的能源结构不会发生根本性改变。采煤机截齿是安装在采煤机最前端用来切割煤昙的工具,提高采煤机截齿的耐磨性将对整个采煤行业产生深远的影响。等离子溶敷技术具有... 详细信息

煤炭在国民经济中占有极其重要的战略地位,近段时期内,我国以煤炭为主的能源结构不会发生根本性改变。采煤机截齿是安装在采煤机最前端用来切割煤昙的工具,提高采煤机截齿的耐磨性将对整个采煤行业产生深远的影响。等离子溶敷技术具有生产效率高、操作方便、设备成本低等一系列优点。金属陶瓷TiC硬度高,熔点高,密度低且耐磨性能优异;Ni与TiC有很好的润湿性,Ni基固溶体耐热、耐蚀及强韧性优异。本文分别选取19Ni-37C-44Ti(at.%).30Ni-32C-38Ti(at.%).40Ni-26.5C-33.5Ti(at.%)和50Ni-22C-28Ti(at.%)混合合金粉末为原料,采用等离子熔敷技术在Q235基材表面制备了以TiC为增强相,以y-Ni固溶体为主要基体相的耐磨抗冲击复合材料涂层。对各涂层与截齿采用相同热处理工艺,利用***以及EDS分析了等离子熔敷复合材料涂层以及热处理后涂层的显微组织结构以及主要相组成。结果表明：以19Ni-37C-44Ti(at.%)混合合金粉末为原料制备的涂层A主要组成相为金属陶瓷相TiC和γ-(Fe,Ni)固溶体,另外有少量未参加反应的石墨颗粒;以30Ni-32C-38Ti(at.%)混合合金粉末为原料制备的涂层B,以40Ni-26.5C-33.5Ti (at.%)混合合金粉末为原料制备的涂层C及以50Ni-22C-28Ti(at.%)混合合金粉末为原料制备的涂层D,三种涂层的主要组成相均为金属陶瓷相TiC和γ-(Ni,Fe)固溶体,另外有部分未参加反应石墨颗粒,但各组成相的含量及形貌各不相同;所有涂层经热处理后无新相生成,表明涂层具有良好的高温组织稳定性。涂层与基材之间形成了良好的冶金结合,组织细小,具有典型的快速凝固特征,高硬度的深灰色初生相TiC弥散分布在以强韧性良好的γ-(Ni,Fe)固溶体为主的基体相中。利用显微硬度计测试了各涂层热处理前、后的显微硬度梯度分布,结果表明,热处理前、后涂层均具有比齿体材料35CrMnSi更高的硬度分布,不同涂层之间,随着Ni含量的增加硬度逐渐降低;同一涂层内,由涂层表面至结合区硬度逐渐降低;所有涂层经热处理后硬度略有下降。利用销-盘式磨损试验机测试了各涂层热处理前、后的室温干滑动摩擦磨损性能,结果表明：在室温干滑动摩擦磨损试验条件下,各涂层较齿体材料35CrMnSi拥有更少的磨损失重和较低的摩擦系数,且涂层A、B、C的磨损失重对载荷不敏感。涂层随着Ni含量的增加,耐磨性逐渐下降;所有涂层经热处理后硬度略有下降;考虑到涂层A中微裂纹的存在以及采煤机截齿高磨损强冲击的工况,涂层B为最佳选择。

关键词：采煤机截齿等离子熔敷耐磨性 TiC 涂层