钽涂层的制备及其磨损与烧蚀性能研究

发布时间：2017-08-01 10:32

  本文关键词：钽涂层的制备及其磨损与烧蚀性能研究

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【摘要】：航空航天、军事工业中很多的关键部件在高温条件下工作,受到热、机械以及化学三种过程的交互作用,烧蚀磨损严重。因此,在高温下具有良好磨损烧蚀性能的材料是尖端工业领域的迫切需求。为提高PCrNi3Mo钢的耐磨损及耐烧蚀性能,本文利用熔融盐镀钽以及双辉光等离子渗金属工艺制备钽涂层,并对涂层的结构以及磨损与烧蚀等性能进行相关的表征和测试。采用熔融盐电镀制备钽涂层,利用正交试验对熔融盐电镀钽作出工艺优化,在电镀时间、温度、电流密度、粗糙度四个因素的各个水平中选出最优组合参数；此外,为提高涂层结合性能通过双辉光等离子渗金属技术制备钽涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析技术对钽涂层物相、微观形貌、化学成分进行了表征；利用高温摩擦磨损试验机、脉冲激光器和电化学工作站对基体、铬镀层、钽镀层、渗钽涂层进行耐磨损性能、耐烧蚀性和耐腐蚀性能的对比研究。实验结果如下：在电镀时间3h,温度750℃,电流密度80mA/cm2,基体粗糙度Ra=0.05μm的优化条件下,获得了厚度约为15μm的钽镀层,其硬度高达950HVo.2,退火后转变为α相钽,硬度下降为400HVo.2。双辉光等离子渗钽可在PCrNi3Mo钢表面获得厚度约为10μm的涂层,涂层为铁钽扩散层加表面的钽沉积层结构,外层沉积层为具有(211)晶面择优取向的体心立方α钽,表面硬度在450HVo.2。渗钽涂层结合力在65N左右,较镀钽涂层结合性能提升明显。对于基体、镀铬、镀钽、渗钽涂层四种试样,在室温下,镀钽与渗钽涂层磨损性能相当,镀铬涂层次之,基体最差。镀钽、渗钽相比基体磨损率降低55.2%；在450℃高温下,渗钽涂层的摩擦系数最低为0.31,且渗钽涂层磨损痕迹最轻微,耐磨性最好。钽涂层高温下氧化物的形成是摩擦系数以及磨损率降低的关键因素。脉冲激光测试结果表明,渗钽涂层性能最佳,钽镀层出现塌陷,铬镀层与基体出现明显烧蚀坑。烧蚀实验中,渗钽涂层在100次脉冲后,钽涂层表面出现熔融汽化,但基体仍受涂层保护。而在碳、氮环境的烧蚀实验中,渗钽涂层有效阻止了碳、氮与基体的作用；另外,高功率密度烧蚀实验中,渗钽涂层的高熔点特性减缓了激光的熔融、汽化进程,提高了基体的耐烧蚀性能。电化学腐蚀分析表明渗钽涂层年腐蚀速度为1.44mm/a,为镀铬涂层的12.8%、基体的3.1%,渗钽涂层显著提高了基体的耐腐蚀性能。
【关键词】：熔盐镀钽 双辉光渗钽 钽涂层 耐磨损 激光烧蚀
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 磨损与烧蚀概述10-12
• 1.2.1 磨损与烧蚀工况10-11
• 1.2.2 磨损与烧蚀防护11-12
• 1.3 钽涂层制备技术12-16
• 1.3.1 化学气相沉积12
• 1.3.2 磁控溅射法12-13
• 1.3.3 三极直流溅射13-14
• 1.3.4 激光近形技术14
• 1.3.5 双辉等离子渗钽14-15
• 1.3.6 熔融盐电镀15-16
• 1.4 磨损与烧蚀测试16-18
• 1.5 课题的意义与研究内容18-19
• 1.5.1 课题的意义18
• 1.5.2 本文主要研究内容18-19
• 2 实验材料与方法19-28
• 2.1 实验流程19
• 2.2 熔融盐镀钽装置19-20
• 2.3 熔融盐镀钽实验过程20-22
• 2.3.1 实验材料与试样制备20-21
• 2.3.2 熔盐镀钽实验工艺参数21-22
• 2.4 双辉光等离子渗钽装置22-23
• 2.5 双辉光等离子渗钽实验过程23-25
• 2.5.1 实验材料与试样制备23
• 2.5.2 双辉光等离子渗钽工艺参数23-24
• 2.5.3 铬镀层制备24-25
• 2.6 钽涂层结构表征25-26
• 2.6.1 形貌表征25
• 2.6.2 物相分析25
• 2.6.3 硬度与结合强度25-26
• 2.7 钽涂层性能测试26-28
• 2.7.1 摩擦学性能测试26-27
• 2.7.2 脉冲激光烧蚀测试27
• 2.7.3 电化学腐蚀测试27-28
• 3 熔融盐镀钽涂层制备与表征28-39
• 3.1 正交试验结果分析28-32
• 3.1.1 极差分析28-31
• 3.1.2 镀钽机制分析31-32
• 3.2 钽镀层的形貌及物相表征32-37
• 3.2.1 钽镀层表面形貌分析32-33
• 3.2.2 钽镀层截面分析33-35
• 3.2.3 钽镀层物相分析35-36
• 3.2.4 钽镀层硬度与结合强度分析36-37
• 3.3 本章小结37-39
• 4 双辉光等离子渗钽涂层制备与表征39-48
• 4.1 渗钽可行性分析39-40
• 4.2 渗钽层形貌与物相分析40-46
• 4.2.1 杂质对渗钽涂层的影响40-41
• 4.2.2 渗钽涂层表面分析41
• 4.2.3 渗钽涂层截面分析41-42
• 4.2.4 铬中间层对渗钽涂层的影响42-44
• 4.2.5 渗钽层物相分析44
• 4.2.6 渗钽涂层硬度与结合强度分析44-46
• 4.3 本章小结46-48
• 5 钽涂层性能研究48-61
• 5.1 钽涂层摩擦学性能测试48-54
• 5.1.1 室温摩擦学分析48-49
• 5.1.2 高温摩擦学性能分析49-53
• 5.1.3 钽涂层高温磨损机制53-54
• 5.2 钽涂层烧蚀性能研究54-58
• 5.2.1 不同涂层烧蚀对比分析54-55
• 5.2.2 烧蚀次数对渗钽涂层的影响55-56
• 5.2.3 烧蚀环境对渗钽涂层的影响56-57
• 5.2.4 高功率密度烧蚀实验57-58
• 5.3 电化学腐蚀分析58-59
• 5.3.1 极化曲线分析58-59
• 5.3.2 电化学腐蚀产物分析59
• 5.4 本章小结59-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61
• 6.2 存在不足与展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70
• 附录70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 彭小敏;夏长清;吴安如;董丽君;陶友瑞;李东锋;;火炮身管烧蚀及其防护研究进展[J];四川兵工学报;2014年03期

2 蒋啸林;王燕妮;陆辛;;电爆炸喷涂技术用于提高炮管的抗烧蚀性分析[J];中国机械工程;2011年20期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 秦渊;毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究[D];南京理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 郭平;30CrMnSiNi2A钢表面二极溅射镀钽层的结构及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 梅丽芳;超硬磨料对YAG激光吸收系数的测定及数值模拟计算[D];湖南大学;2008年

3 陈彬斌;电子束熔丝沉积快速成形传热与流动行为研究[D];华中科技大学;2013年

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本文编号：603827