等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2涂层工艺与摩擦学性能研究

发布时间：2017-03-21 22:01

  本文关键词：等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2涂层工艺与摩擦学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程装备中的重要元件—液压活塞杆受到恶劣的环境影响，现有的镀硬铬工艺已经不能满足活塞杆的表面处理要求，，陶瓷涂层取代镀硬铬已经成为未来液压活塞杆表面处理工艺的发展方向之一。本文依托国家863计划项目“环保型表面处理技术与装备开发”，用等离子喷涂方法在40Cr钢表面制备出Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层，系统地研究了喷砂预处理工艺及喷涂工艺对涂层结合性能、摩擦学性能的影响规律，对喷涂工艺进行了优化，分析了Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层与不同摩擦副对偶材料配副时的摩擦学性能，获得了Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层的工艺及摩擦学研究的一些成果。本文研究的主要结果如下： 1、在本试验条件下，基体喷砂预处理对三种等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层结合性能实验结果显示：对于TiO_2含量分别为13%、20%、40%的Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层粉末材料，喷砂角度约为75°，喷砂磨料粒度约为-20~60目时，能够获得比较优良的涂层结合性能。 2、基体表面三维形貌参数与陶瓷涂层结合性能关系研究发现，利用三维表面形貌参数来表征基体表面特征更加合理。基体喷砂预处理表面轮廓算术平均偏差Sa范围为7~13μm的等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2涂层结合性能最好，其预处理表面峰顶密度Sds为1.0×10-4~1.4×10-4（单位为μm-2），分形维数Sfd为2.30~2.50，表面展开界面面积比Sdr为10.0%~20.0%。 3、正交试验结果显示：电弧电压对等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层的性能影响最大，电弧电流的影响次之。最优工艺参数为：电弧电压U为80V，电弧电流I为500A，送粉速率Qm为10.7g/min，喷涂距离L为120mm。 4、干摩擦条件下，Al_2O_3-13%TiO_2涂层在球/盘摩擦试验中与GCr15配副的摩擦系数为0.035~0.076。往复摩擦试验中，Al_2O_3-13%TiO_2涂层与锡青铜配副时为0.26~0.33，与球墨铸铁配副时为0.65~0.75，与金属材料配副的磨损机理为剥落磨损和粘着磨损；往复摩擦试验中，Al_2O_3-13%TiO_2涂层与共聚甲醛配副时为0.16~0.24；与聚四氟乙烯配副时0.1~0.24，与非金属材料配副时的磨损机制为磨粒磨损。 5、液压油润滑使涂层材料的摩擦磨损性能明显提高，Al_2O_3-13%TiO_2涂层与锡青铜配副时摩擦系数为0.22~0.24，与球墨铸铁配副时为0.15~0.16，与共聚甲醛配副时为0.11~0.28，与聚四氟乙烯配副时0.07~0.09；配副对偶件与涂层的磨损量均有不同程度的降低。
【关键词】：等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层 工艺 表面形貌 摩擦学性能
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 活塞杆表面处理工艺研究现状15-17
• 1.3 等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层工艺与摩擦学性能研究17-23
• 1.3.1 等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层的工艺研究17-19
• 1.3.2 预处理基体表面形貌研究19-20
• 1.3.3 等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层摩擦学性能研究20-23
• 1.4 本文主要研究内容23-24
• 第二章 试验设备、材料和试验方法24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 试验技术路线24
• 2.3 试验设备、仪器和材料24-31
• 2.3.1 涂层制备设备24-25
• 2.3.2 摩擦磨损试验机25-26
• 2.3.3 试验检测仪器26-28
• 2.3.4 试验材料28-31
• 2.4 试验方法和数据处理31-35
• 2.4.1 喷砂预处理工艺对涂层结合性能的影响31-32
• 2.4.2 三维形貌与涂层结合性能的关系32-33
• 2.4.3 正交试验法优化等离子喷涂工艺33-34
• 2.4.4 涂层与不同摩擦副在不同环境下的摩擦学性能34-35
• 2.5 本章小节35-36
• 第三章 喷砂预处理工艺对 Al_2O_3-TiO_2涂层结合性能的影响36-44
• 3.1 引言36
• 3.2 试验方法和试验参数36-37
• 3.3 试验结果37-38
• 3.4 试验结果分析38-41
• 3.4.1 磨料粒度不同对涂层结合性能的影响38-39
• 3.4.2 喷砂角度不同对涂层结合性能的影响39-41
• 3.5 试验结论及机理分析41-43
• 3.5.1 试验结论41-42
• 3.5.2 试验机理分析42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 基体表面形貌与涂层结合性能的关系44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 试验条件、参数确定及数据处理方法44-47
• 4.2.1 试验条件44-45
• 4.2.2 三维形貌参数的确定45-46
• 4.2.3 数据处理方法46-47
• 4.3 试验结果47-48
• 4.3.1 随机性选取二维参数与对应的三维参数的关系47-48
• 4.3.2 三维形貌参数检测结果48
• 4.4 结果分析48-60
• 4.4.1 表面三维形貌参数分析49-53
• 4.4.2 表面微观形貌分析53-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层工艺研究62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 试验条件和方法62-64
• 5.2.1 涂层制备63-64
• 5.2.3 涂层结合性能和摩擦学性能试验64
• 5.3 正交试验结果及分析64-69
• 5.3.1 涂层性能正交法处理结果64-68
• 5.3.2 喷涂工艺参数对涂层性能的影响68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第六章 等离子喷涂 Al_2O_3-TiO_2涂层的摩擦学性能研究71-94
• 6.1 引言71
• 6.2 试验条件和方法71-72
• 6.3 涂层/GCr15 摩擦副摩擦学性能分析72-78
• 6.3.1 涂层/GCr15 摩擦副摩擦系数随时间变化趋势72
• 6.3.2 涂层/GCr15 摩擦副摩擦系数分析72-73
• 6.3.3 涂层磨痕的微观形貌检测73-76
• 6.3.4 涂层磨损机理分析76-78
• 6.4 涂层与不同摩擦副材料的摩擦学性能分析78-92
• 6.4.1 摩擦系数78-81
• 6.4.2 磨损量81-87
• 6.4.3 配副材料与陶瓷涂层的磨损机理分析87-89
• 6.4.4 陶瓷涂层磨损后的微观形貌89-91
• 6.4.5 陶瓷涂层磨斑表面 EDS 能谱分析91-92
• 6.5 本章小结92-94
• 第七章 全文主要成果、结论及展望94-97
• 7.1 全文的主要和结论94-96
• 7.2 研究展望96-97
• 参考文献97-104
• 致谢104-105
• 附录：攻读硕士学位期间的主要工作及发表的文章105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王志强;;针对液压缸活塞杆刮伤问题的改造[J];包钢科技;2005年S1期

2 陈玉华,王勇,李新梅;分形理论在材料表界面研究中的应用现状及展望[J];表面技术;2003年05期

3 孟立新,张f^,杨景顺;热喷涂表面预处理工艺的优化[J];表面技术;2005年04期

4 郭双全;冯云彪;葛昌纯;周张健;;热喷涂粉末的制备技术[J];材料导报;2010年S2期

5 武创;郗雨林;王国阳;;Al_2O_3-13%(w)TiO_2涂层等离子喷涂粒子状态的研究[J];材料开发与应用;2012年01期

6 曾伶;陈丽梅;李强;;正交试验法优化大气等离子喷涂Al_2O_3-13wt.%TiO_2涂层的工艺参数[J];福建农林大学学报(自然科学版);2012年01期

7 王泽华;陈雪菊;林萍华;;等离子喷涂陶瓷涂层代替镀铬的可行性研究[J];河海大学常州分校学报;2006年03期

8 王吉孝;蒋士芹;庞凤祥;;等离子喷涂技术现状及应用[J];机械制造文摘(焊接分册);2012年01期

9 查柏林;王汉功;徐可为;;液压活塞杆耐磨陶瓷涂层研究[J];机床与液压;2006年01期

10 胡长对;杜水峰;高国利;;井下液压立柱活塞杆的保护方法[J];矿山机械;2010年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 朱丽红;;几种表面强化方法在2Cr13活塞杆上的应用比较[A];创新沈阳文集（A）[C];2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 马东林;特征喷涂参数对等离子喷涂氧化铝涂层的微观结构及性能影响[D];西华大学;2011年

2 贡太敏;HVOF用高性能硬质合金喷涂粉末的制备技术及其基础理论研究[D];中南大学;2012年

  本文关键词：等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2涂层工艺与摩擦学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：260344