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等离子堆焊cr3c2／钴基合金涂层的组织结构与耐磨性能研究

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稀有金属 2016年第11期40卷 1119-1125页

作者：高胡鹤丁婷婷马淑谨王萍侯清宇黄贞益合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥230009 泰尔重工股份有限公司安徽马鞍山243000 安徽工业大学金属材料与加工安徽省重点实验室安徽马鞍山243000 合肥工业大学安徽合肥230009

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及磨粒磨损实验机研究了20%cr_3c_2对等离子堆焊钴基合金涂层组织结构和耐磨性能的影响,并采用X射线衍射的Rietveld精修方法研究了添加cr_3c_2前后钴基合金涂层... 详细信息

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及磨粒磨损实验机研究了20%cr_3c_2对等离子堆焊钴基合金涂层组织结构和耐磨性能的影响,并采用X射线衍射的Rietveld精修方法研究了添加cr_3c_2前后钴基合金涂层的相组成及其相对含量变化。结果表明,等离子堆焊钴基合金涂层主要由初晶α(co)固溶体及其间的(α(co)+M_7c_3)共晶组织构成,具有亚共晶的组织特征,M_7c_3呈网状分布在α(co)固溶体上。20%cr_3c_2(质量分数)的加入使涂层的结晶方式转变为具有离异共晶特征的过共晶形式,条状或块状M_7c_3、未熔的大块状cr_3c_2以及沉淀析出的小块状cr_3c_2分布在α(co)固溶体上。20%cr_3c_2的加入细化了钴基合金涂层的组织,提高了M_7c_3的相对含量,而α(co)的相对含量则有所降低。等离子堆焊钴基合金涂层的磨粒磨损机制主要为脆性剥落和犁削,含20%cr_3c_2的钴基合金涂层的耐磨性能是未添加cr_3c_2钴基合金涂层的约1.8倍,其磨粒磨损机制以轻微犁削为主。

关键词：钴基合金 cr3c2 Rietveld精修组织结构耐磨性能

cr3c2抑制剂含量对Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）超细硬质合金性能的影响

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热加工工艺 2018年第16期47卷 70-73页

作者：孙文文栾道成包帅陈杰王楠汪思敏李京筱文钊王正云西华大学材料科学与工程学院

将cr3c2晶粒长大抑制剂添加到Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）超细硬质合金中,通过对试样进行金相组织分析、SEM形貌观察、洛氏硬度（HRA）测试、三点抗弯强度测试和密度测量,研究了cr3c2添加量对Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）超细硬质合金力学性... 详细信息

将cr3c2晶粒长大抑制剂添加到Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）超细硬质合金中,通过对试样进行金相组织分析、SEM形貌观察、洛氏硬度（HRA）测试、三点抗弯强度测试和密度测量,研究了cr3c2添加量对Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）超细硬质合金力学性能及组织结构的影响。结果表明,不同cr3c2加入量的Wc-8%co-0.5%（Vc/cr3c2）合金试样均拥有细小均匀的微观组织,其硬度随着cr3c2添加量的增多而不断增加;抗弯强度则先增加后减小,当cr3c2添加量为0.1%时,试样抗弯强度达到峰值2450 MPa;试样密度则在cr3c2添加量增加到0.3%时出现降低。

关键词： Wc-co 硬质合金 cr3c2 抑制剂

cr3c2及Ti对等离子堆焊Ni基涂层组织与耐磨性的影响

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Cr3C2及Ti对等离子堆焊Ni基涂层组织与耐磨性的影响

作者：王妍妍安徽工业大学

学位级别：硕士

本文利用等离子堆焊技术在低碳钢表面制备了Ni50堆焊层,并在此基础上制备添加20%及40%crc粒子的Ni+crc复合堆焊层以及复合添加20%crc+1%Ti和40%crc+1%Ti的Ni+crc+Ti复合堆焊层。主要研究了crc以及复合添加crc+Ti对Ni50堆焊层组织与磨损... 详细信息

本文利用等离子堆焊技术在低碳钢表面制备了Ni50堆焊层,并在此基础上制备添加20%及40%crc粒子的Ni+crc复合堆焊层以及复合添加20%crc+1%Ti和40%crc+1%Ti的Ni+crc+Ti复合堆焊层。主要研究了crc以及复合添加crc+Ti对Ni50堆焊层组织与磨损性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段研究了各涂层的组织结构;通过硬度试验、纳米压痕试验、电化学腐蚀试验、滑动磨损试验、冲击磨损实验以及POD销盘磨损试验研究了各涂层的性能。XRD分析表明,Ni50堆焊层主要相为γ-Ni、crc、crB和NiB相;Ni+20%crc复合堆焊层主要组成相为γ-Ni、crc、cr7c3、crc和crB,Ni+40%crc复合堆焊层主要组成相为γ-Ni、crc、crc、crc和cr2B;复合添加crc+Ti后,Ni+crc+Ti堆焊层中没有增加新相,但Ni+20%crc+Ti堆焊层中crc相消失。Ni50堆焊层主要由γ-Ni枝晶组织及其间共晶组织和各种化合物组成。添加crc后Ni+20%crc堆焊层组织主要为相对细小均匀的枝晶组织和化合物组成,并有少量初生含铬碳化物;而Ni+40%crc堆焊层组织主要由大量初生碳化物和细小枝晶组织组成。随crc加入量的增加,Ni+crc堆焊层的表面和截面硬度均得到提高,但涂层韧性降低;与Ni50堆焊层相比,在高温磨损条件下,Ni+crc复合堆焊层剥落减轻;在滑动及冲击磨损试验中,Ni+crc复合堆焊层犁沟、塑性变形减轻;但Ni+40%crc堆焊层在冲击磨损过程中表面存在大块剥落及裂纹。复合添加crc+Ti后,涂层枝晶组织进一步细化,生成碳化物数量增加,碳化物细化且分布更加均匀。与Ni+crc堆焊层相比,Ni+20%crc+Ti堆焊层硬度有较大提高,Ni+40%crc+Ti堆焊层硬度变化不大,但涂层横截面方向硬度起伏减小,同时涂层塑韧性明显改善;Ni+crc+Ti堆焊层表面在滑动及冲击磨损实验中只有轻微犁沟及剥落,在高温磨损条件下也表现出较好的耐磨损性能;同时Ni+crc+Ti堆焊层因组织细化、固溶作用增强,耐蚀性提高。

关键词：等离子堆焊 cr3c2 cr3c2+Ti 显微组织磨损性能

Ti及cr3c2对等离子铁基合金堆焊层组织和性能的影响

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Ti及Cr3C2对等离子铁基合金堆焊层组织和性能的影响

作者：徐志鹏安徽工业大学

学位级别：硕士

本文利用等离子堆焊技术在低碳钢表面分别制备了铁基合金堆焊层（Fe50）、添加Ti及cr3c2的Fe50+Ti、Fe50+cr3c2、Fe50+cr3c2+1%Ti系列复合堆焊层。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及其附件(EDS)及X射线衍射仪(XRD)等研究了不同等离... 详细信息

本文利用等离子堆焊技术在低碳钢表面分别制备了铁基合金堆焊层（Fe50）、添加Ti及cr3c2的Fe50+Ti、Fe50+cr3c2、Fe50+cr3c2+1%Ti系列复合堆焊层。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及其附件(EDS)及X射线衍射仪(XRD)等研究了不同等离子堆焊层的组织结构;通过显微硬度试验、滑动磨损试验以及电化学腐蚀实验等对涂层进行性能测试，重点研究了添加Ti、cr3c2及复合添加对等离子Fe50堆焊层组织和性能的影响。XRD分析结果表明，Fe50堆焊层主要由α-Fe和cr23c6组成;Fe50+Ti系列堆焊层主要组成相均为α-Fe、γ-Fe和cr23c6;Fe50+cr3c2系列堆焊层的主要组成相均为α-Fe、γ-Fe、cr23c6和未熔cr3c2，当cr3c2添加量增加到30%以上，堆焊层有cr7c3相出现。Fe+cr3c2+Ti堆焊层的主要组成相为α-Fe、γ-Fe、cr23c6、cr7c3及未熔的cr3c2。Fe50堆焊层组织主要由柱状枝晶和树枝晶以及其间的共晶组织组成。添加Ti使Fe50堆焊层的组织得到了等轴化、细化与均匀化。添加1%Ti时堆焊层硬度、耐磨性和耐蚀性均有所提高，但Ti进一步增加时，堆焊层硬度及耐磨性反而降低。添加cr3c2明显改变了Fe50堆焊层的组织特征。Fe50+10%cr3c2及Fe50+20%cr3c2复合堆焊层仍以亚共晶方式结晶，但组织主要为细化的树枝晶及等轴枝晶。Fe50+30%cr3c2堆焊层主要以共晶方式结晶，其组织为大量细密发达的共晶组织;Fe50+40%cr3c2和Fe50+50%cr3c2堆焊层以过共晶方式结晶，其组织为初生碳化物及分布在其间的枝晶与共晶组织。Fe+cr3c2系列堆焊层的硬度、耐磨性、耐腐性比Fe50堆焊层均明显提高，其中Fe+30%cr3c2堆焊层的综合性能最好。在Fe+cr3c2系列堆焊层中再添加1%Ti后，Fe+cr3c2+1%Ti的组织也发生了变化。Fe50+20%cr3c2+1%Ti堆焊层组织等轴化更加明显;Fe50+30%cr3c2+1%Ti堆焊层组织由细小枝晶固溶体和其间细密的共晶组织组成;Fe50+40%cr3c2+1%Ti堆焊层的初生碳化物数量减少且分布较均匀，枝晶组织细化。复合添加的Fe+cr3c2+1%Ti堆焊层的硬度、耐磨性和耐蚀性比单独添加的相对应的Fe+Ti、Fe+cr3c2堆焊层相比均有所提高。试验结果表明，在本试验条件下Fe50+30%cr3c2+1%Ti复合堆焊层的综合性能最好。

关键词：等离子堆焊 Fe50合金堆焊层 Ti cr3c2 组织性能

Ni基cr3c2复合涂层的热态抗磨蚀性能研究

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Ni基Cr3C2复合涂层的热态抗磨蚀性能研究

作者：张志坚兰州理工大学

学位级别：硕士

阀门是一种在流体系统中对介质起截流、换向作用的重要部件,广泛应用于城市供水供暖系统、石油化工管道、航空航天发动机等关键领域。硬密封球阀具有结构简单,维修方便,性能可靠等优点而被全世界大量应用,在我国,硬密封球阀发展速度很快... 详细信息

阀门是一种在流体系统中对介质起截流、换向作用的重要部件,广泛应用于城市供水供暖系统、石油化工管道、航空航天发动机等关键领域。硬密封球阀具有结构简单,维修方便,性能可靠等优点而被全世界大量应用,在我国,硬密封球阀发展速度很快,并被广大阀门制造企业所重视。由于硬密封球阀特有的结构及特定的工作方式,其阀座密封面和球体在阀门启闭过程中难免产生摩擦,进而造成磨损,在热态条件下,磨损将会加剧,一旦产生较严重磨损,将直接导致阀门泄漏,造成严重后果。为保证硬密封球阀质量及管路安全,研究人员采用热喷涂技术在球体表面和阀座密封面制备镍基耐磨涂层,以此来增强二者的抗磨损性能,但由于单纯的Ni基合金涂层性能有限对球阀寿命提升不大,Ni cr-crc、co cr-Wc等材料制备的涂层又出现了生产成本高、涂层机加工工艺性较差等新问题,对此,急需探索一种新的材料和工艺技术实现阀门产品性能与经济效益之间的最佳平衡点。本研究提出以碳化物(crc)增强Ni基合金涂层性能的新方案优化涂层性能,并采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺技术在试样表面制备了crc质量分数分别为0%、12.5%、25%、37.5%和50%的Ni基crc复合涂层,测定了涂层硬度、组织结构、相组成以及元素分布,进行了热态条件下的抗磨损实验和高温熔盐(Na2SO4+25%wt Na cl)腐蚀实验,探究了涂层在50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃温度条件下的磨损机理和800℃条件下的熔盐腐蚀机理,结果表明:1.采用超音速火焰喷涂制备的涂层具有较低的孔隙率,较高的硬度;***的添加能在Ni基合金基体中生成cr B、Ni B、cr7c3、cr23c6等多种硬质相,并弥散分布于Ni基合金基体中,显著提高了Ni基合金涂层硬度,提升了涂层抵抗循环载荷作用下发生塑性变形的能力,使涂层具备良好的耐磨损性能,并使涂层保持较低的摩擦系数和磨损率;3.温度对涂层摩擦磨损性能有明显影响。50℃50℃以内时由于氧化膜的产生,各配比涂层的摩擦系数和磨损量随温度升高均处于降低趋势,当温度超过250℃时,Ni基合金涂层由于粘着磨损严重导致摩擦系数与磨损量升高,其磨损性能也随之下降;涂层中添加一定量的crc时,能明显减轻涂层在此温度下的粘着磨损,当涂层中crc加入量达到37.5%同时温度升高到300℃条件下涂层摩擦系数和磨损量仍然处于较低水平;4.800℃条件下的热态熔盐腐蚀对涂层有强烈的腐蚀作用,腐蚀盐中的S元素能渗入涂层内部削弱涂层与基体的结合强度,且直接导致Ni基合金涂层脱落,cl元素则能够分解涂层在高温条件下产生的cr2O3保护膜。当crc质量份数达到37.5%时,复合涂层耐腐蚀性能较好。

关键词：球阀超音速火焰喷涂 cr3c2 Ni基合金热态磨损熔盐腐蚀

高速电弧喷涂Fe-Al/cr3c2复合涂层的性能研究

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高速电弧喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层的性能研究

作者：孙二雄内蒙古工业大学

学位级别：硕士

相比高速火焰喷涂技术,高速电弧喷涂技术具有喷涂效率高、节能效果好、喷涂性价比高、获得的涂层性能好以及可实现半自动化等优点。本文通过对已有高速火焰喷涂Fe-15Al/45crc粉末配比调整,制备出六种不同成分的粉芯丝材,改用高速电弧喷... 详细信息

相比高速火焰喷涂技术,高速电弧喷涂技术具有喷涂效率高、节能效果好、喷涂性价比高、获得的涂层性能好以及可实现半自动化等优点。本文通过对已有高速火焰喷涂Fe-15Al/45crc粉末配比调整,制备出六种不同成分的粉芯丝材,改用高速电弧喷涂技术(HVAS),在结构材料上再现了Fe-Al/crc金属间化合物复合涂层优异的高温耐腐蚀、耐冲蚀性能,为其实践推广应用迈出坚实的一步。对六种Fe-Al/crc复合涂层的结合强度、显微硬度、高温腐蚀性能、高温冲蚀性能以及常温摩擦磨损特性进行测试。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)等现代分析手段研究了三种性能较优的高速电弧喷涂Fe-Al/crc复合涂层的微观结构,探讨了涂层在高温下的腐蚀、冲蚀机理以及氧化铈的作用机理,得出的主要结论如下: 涂层具有典型的层状结构,孔隙较少,扁平颗粒细小且颗粒间结合良好,层与层之间存在薄的氧化物层。涂层中的相主要包括Fe、Al、crc、FeAl/FeAl、Fecr和一定量的ceNi。三种Fe-Al/crc复合涂层与基体的结合强度均高于33MPa,显微硬度达到444.32HV,相当于44.02HRc,常温磨损损失量均低于基体20G的50.0%。三种复合涂层都拥有典型的抛物线型腐蚀动力学曲线,具备优良的抗热腐蚀性能。经过150小时的热腐蚀后,三种Fe-Al/crc复合涂层平均腐蚀增重分别是20G的67.25%、37.32%和29.15% ,分别是高速火焰喷涂Fe-15Al/45crc复合涂层的74.6%、41.4%和32.3%。三种复合涂层均具有较好的抗冲蚀磨损性能,对基体可以进行有效的防护。无论在45°还是90°攻角冲蚀的情况下,由于Fe-Al基体的反常屈服行为,涂层的冲蚀失重均随着温度的升高而减少。通过对三种复合涂层各项性能的测试,表明该涂层具备良好的工艺性能,并且成本低廉、喷涂效率高,更适于生产实践中大面积使用。三种Fe-Al/crc复合涂层均可以在火电厂锅炉“四管”的治理中推广应用。

关键词：高速电弧喷涂 Fe-Al复合涂层 cr3c2

原位自生cr3c2-Ni3(Al，cr)/Ni复合材料的制备及其力学性能

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原位自生Cr3C2-Ni3(Al，Cr)/Ni复合材料的制备及其力学性能

作者：焦一丹北京交通大学

学位级别：硕士

Ni基高温合金的力学性能主要依赖于γ′-NiAl析出相和硬质颗粒。目前,航空发动机中传统金属材料结构部件已经达到使用极限,不能满足飞行器的高飞行速度和航空发动机高推重比的设计要求。金属间化合物(NiAl等)和陶瓷颗粒增强Ni基复合材... 详细信息

Ni基高温合金的力学性能主要依赖于γ′-NiAl析出相和硬质颗粒。目前,航空发动机中传统金属材料结构部件已经达到使用极限,不能满足飞行器的高飞行速度和航空发动机高推重比的设计要求。金属间化合物(NiAl等)和陶瓷颗粒增强Ni基复合材料备受关注,具有较大的研究前景。本文首先通过无压烧结、块体破碎制备了高纯crAlc陶瓷粉体,再以crAlc陶瓷粉体和纯Ni粉为原料通过热压烧结工艺成功制备了原位自生crc颗粒与γ’-Ni(Al,cr)协同增强纯Ni基复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等技术手段对不同crAlc体积分数的复合材料进行了表征,研究了10%～40%crAlc/Ni复合材料的物相演变、显微结构和力学性能,并对不同强化机制贡献进行了计算,其次研究了30%crAlc/Ni和40%crAlc/Ni复合材料进一步热处理前后的显微结构和力学性能的变化。研究结果表明:(1)本论文以cr粉、Al粉和c粉为起始原料,按摩尔比为cr:Al:c=2:1.2:1,经过配料、混料、无压烧结(烧结温度为1420℃～1450℃,保温10min)、块体破碎成功制备了高纯crAlc陶瓷粉体。(2)通过热压烧结工艺制备了陶瓷含量为10%～40%crAlc/Ni复合材料。烧结温度为1200℃。高温环境下,crAlc发生完全分解原位合成crc陶瓷颗粒,Al原子伴随部分cr原子脱离crAlc纳米层并进入Ni基体中,形成γ-Ni固溶体,Al-cr原子达到一定浓度后,开始析出γ’-Ni(Al,cr)。(3)块体复合材料组织整体较致密,原位自生的crc颗粒和γ’-Ni(Al,cr)均匀分布于γ-Ni基体中,并且复合材料中延性较高的Ni基体填充在硬质crc颗粒和γ’相之间,增强相与基体形成强结合界面。(4)采用热压烧结工艺制备的crc-Ni(Al,cr)/Ni复合材料具有优异的力学性能。其中30%crAlc/Ni和40%crAlc/Ni复合材料弯曲强度分别高达1790±73MPa和1752±25MPa,屈服强度σ高达685±38MPa和802±29MPa。计算了不同强化机制的贡献值,根据计算结果,起主要作用的强化机制有细晶强化、沉淀强化和cr原子在Ni基体中的固溶强化。(5)对热压烧结得到的30%crAlc/Ni和40%crAlc/Ni复合材料采取进一步热处理,热处理后复合材料物相结构保持不变,并且纳米级γ’相均匀分布于基体中。复合材料抗拉强度和屈服强度都获得明显提高,屈服强度σ分别为798±17.5MPa和967±16MPa。

关键词： Ni基复合材料 cr3c2 γ’-Ni3(Al,cr) 显微结构力学性能

等离子/激光熔覆Nicr-cr3c2/Tic涂层组织与性能

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等离子/激光熔覆NiCr-Cr3C2/TiC涂层组织与性能

作者：何亚楠山东科技大学

学位级别：硕士

激光和等离子熔覆涂层可以有效的改善材料的物理、化学性能,提高材料的抗磨损性能,在工农业中得到广泛应用。Nicr-cr3c2/Tic复合材料由于具有良好的耐高温、耐磨蚀性能,是很有前景的耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀结构材料。本文分别采用等离... 详细信息

激光和等离子熔覆涂层可以有效的改善材料的物理、化学性能,提高材料的抗磨损性能,在工农业中得到广泛应用。Nicr-cr3c2/Tic复合材料由于具有良好的耐高温、耐磨蚀性能,是很有前景的耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀结构材料。本文分别采用等离子熔覆和激光熔覆技术,以Q235D钢为基体,以Ni55、Nicr-cr3c2、Ti、Ni、cr、石墨粉为初始粉末制备了 Ni基cr3c2/Tic强化复合涂层。分析涂层物相、显微组织、显微硬度、耐磨性能及其影响因素,探究复合涂层当中陶瓷相含量对复合涂层组织和性能的影响。主要研究结果如下:采用等离子熔覆和激光熔覆技术在基体Q235上成功制备出的cr3c2、cr3c2/Tic复合涂层。等离子熔覆cr3c2涂层物相以cr7c3为主,其他物相有cr3c2、cr23c6、cr5B3、Ni3Si;在此基础上加入Ti粉的等离子熔覆涂层的物相主要是cr23c6、cr7c3、crB、Tic;激光熔覆原位合成制备涂层主要物相cr7c3,其他有cr3c2、γ-[Ni,cr];且随着原始粉末中陶瓷粉末的增加,涂层中生成的碳化物也增加。在原始熔覆粉末Nicr-cr3c2含量较低时,cr7c3黑色块状相由于受长板条相cr23c6的生长优势的限制,cr7c3聚集在cr23c6相附近生长,并且尺寸较小;随着Nicr-cr3c2的增加,熔池中cr、c含量逐渐增加,在冷却过程中的一个较小的温度区间内优先形成的cr23c6逐渐向cr7c3转变;在此基础上添加Ti粉的复合涂层中,在Ti粉加入量较少时,碳化铬相呈放射状分布在Tic颗粒附近,随着Ti粉的增加,Nicr-cr3c2和Ti反应更加充分,铬的碳化物主要以cr7c3型存在,涂层组织得到细化,Tic颗粒分布更加均匀。而采用激光熔覆原位合成技术制备的涂层,主要增强相为cr7c3的复合涂层,涂层主要是枝晶状组织,且随着加入的原始熔覆粉末的增加,涂层组织细化。随着陶瓷相含量的增加,涂层的显微硬度也随之增加,等离子熔覆cr3c2涂层的最大平均显微硬度是基体的7倍;cr3c2/Tic复合涂层,cr3c2部分熔化后与Ti反应合成的Tic颗粒尺寸小,从而降低涂层的硬度,最大平均硬度值约是基体硬度的5倍;激光熔覆涂层的最高平均硬度值可达1093HV,比基体提高6倍左右;涂层陶瓷相不仅能够起到阻碍位错运动的作用,还使涂层具有较高硬度提高材料的塑韧性能。等离子熔覆cr3c2涂层,在相同载荷力作用下,涂层的平均摩擦系数值随陶瓷相含量的增加呈降低的趋势,磨损体积损失降低,磨损表面平整,犁沟数量较少且较浅;同一陶瓷相含量的涂层的平均摩擦系数值随施加载荷增加逐渐降低,但磨损体积呈增大的趋势,在50%含量时,涂层磨损表面出现裂纹;cr3c2/Tic复合涂层在不同磨损条件下摩擦系数均低于基体,耐磨性显著提高,其中在1.0Hz条件下,磨损损失最小;激光熔覆涂层的不同cr/c含量的涂层摩擦系数之间波动不大,但是由于磨损过程中形成的压实层结构的影响,使得A3具有较低的摩擦系数,且磨损过程比较平稳。

关键词：等离子熔覆激光熔覆复合涂层 cr3c2 Tic 显微组织耐磨性能

放电等离子法制备cu/cr3c2/BN摩擦磨损材料及其性能的研究

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放电等离子法制备Cu/Cr3C2/BN摩擦磨损材料及其性能的研究

作者：浦海洲华东理工大学

学位级别：硕士

随着中国高铁技术的飞速发展,列车速度的大幅提升对制动材料提出了更高的要求,铜基复合材料由于本身具有良好的摩擦磨损性能以及良好的导热性在制动材料方面具有良好的应用前景。本文主要研究如何控制球磨工艺参数以及烧结工艺参数,通... 详细信息

随着中国高铁技术的飞速发展,列车速度的大幅提升对制动材料提出了更高的要求,铜基复合材料由于本身具有良好的摩擦磨损性能以及良好的导热性在制动材料方面具有良好的应用前景。本文主要研究如何控制球磨工艺参数以及烧结工艺参数,通过放电等离子法烧结最终在铜基体中原位生成cr3c2摩擦组元提高耐磨性。同时,通过用BN润滑组元替代的石墨组元提高材料中润滑组元的耐氧化性,以防止由于润滑组元氧化而造成对对偶材料的过度损耗。本文采用cu粉,c粉,cr粉为原材料在行星式球磨机上进行球磨,在球磨过程中,原位生成增强相cr3c2作为增磨组元,用扫描电子显微镜(SEM).X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析了球磨时间等对粉末性能的影响;再加入减磨组元六方BN进行放电等离子烧结,对不同工艺条件下制备所得的cu/cr3c2/BN复合材料,采用金相光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)等,对复合材料物相组成及微观结构进行分析。测试了复合材料的物理及力学性能,包括摩擦系数、磨损量、致密度、显微硬度、抗压强度、电导率、热导率等。研究了烧结工艺参数、增强相含量等对cu/cr3c2/BN复合材料性能的影响规律。研究结果表明：(1)随着球磨时间的延长,晶粒不断细化,球磨30h后粉末出现团聚现象,当球磨30h时XRD出现cr3c2衍射峰,c和cr能够原位生成分布均匀的增强相cr3c2,因此最佳球磨时间为30h;(2)在球磨后的cu/cr3c2复合粉末中加入BN粉末,烧结后的复合材料中,BN稳定存在,cr3c2的衍射峰加强,烧结过程中进一步原位生成cr3c2增强相;(3)采用放电等离子烧结法,在保温时间10分钟条件下,烧结温度为950℃,烧结压力为50MPa,cr3c2和BN含量为10%时,复合材料的摩擦系数为0.38,致密度为94.2%、显微硬度为216.5HV、压缩强度为783MPa、导电率为75IAcS、导热系数为264.6W/(m·K)(25℃时)和206.2W/(m.K)(300℃时);(4)在一定范围内,烧结温度和烧结压力的升高能够提高材料的致密度及电导率,抗压强度及显微硬度也随之上升;随着cr3c2质量分数的升高,材料的摩擦系数、显微硬度整体呈上升趋势,致密度、磨损量及导电率整体呈下降趋势,抗压强度先上升后下降;随着BN含量的提高,材料的摩擦系数、导电率、抗压强度持续下降,磨损量持续上升;(5)综合实验结果,得出合理的制备工艺为：在保温时间10分钟条件下,烧结温度为950℃,烧结压力为50MPa,cr3c2和BN含量为10%,复合材料的综合性能最佳。

关键词：铜基复合材料 cr3c2 BN 摩擦磨损球磨