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激光亚微米陶瓷合金化涂层的组织及性能研究

作　者: 徐晶
导　师: 王文焱
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料物理化学
关键词: 激光表面合金化 球墨铸铁 显微组织 显微硬度 耐磨性
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本课题采用CO2激光器,以球墨铸铁作为基材,制备新型涂层材料进行合金化实验。研究激光合金化合适的工艺参数和影响因素,并自主研制开发激光合金化涂料,以达到理想的强化效果。利用扫描电子显微镜（SEM）,EDAX能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）以及高分辨透射电镜（TEM）等分析测试手段对合金化层的显微组织和物相构成进行了分析,并对合金化层进行了硬度和摩擦性能测试。采用牌号HG03的新型涂料,改变激光扫描速度（400mm/min-1000 mm/min）对球墨铸铁进行激光合金化实验,研究在涂层材料一定的条件下,激光扫描速度对合金化层组织及性能的影响。发现随着激光扫描速度的增加,合金化层组织逐渐致密细化,枝晶间距减小,合金化层的硬度和耐磨性也随着提高。在本实验条件下,当激光功率P=3kw,光斑直径D=5mm时,激光扫描速度以1000 mm/min为宜,所得到的激光合金化层性能较好。在激光加工工艺参数一定的条件下,采用牌号HG03、HG01、TH2A、AY涂料进行激光合金化实验,发现HG系列和TH2A涂料制备的激光合金化层表面较为平整,而AY涂料制备的合金化层表面形貌则较差。且HG系列涂料制备的合金化层硬度和耐磨性都较好。在HG01涂料基础上研发的HG03涂料合金化层拥有最小的摩擦系数和最低的磨损量,表现出优异的摩擦磨损性能,磨损率最小仅为基材球墨铸铁磨损率的1/9。新型碳化物的加入使合金化层的显微硬度和耐磨性都得到显著提高。其中陶瓷硬质相含量为0%的合金化层磨损量明显大于含量为20%、30%、40%的合金化层,但随着陶瓷硬质相含量的增加,磨损量变化不明显,陶瓷硬质相含量为20%、30%、40%的激光合金化试样磨损率都近似基材球铁磨损率的1/10。HG系列新型涂料在水钢和唐山加工站进行实际应用检测。水钢螺纹钢轧辊使用HG03型合金化涂料进行加工后,初轧和中轧的寿命提高了120%。采用HG03涂料在唐山加工站对H型钢进行激光表面合金化加工,精轧寿命提高了110%。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 激光合金化技术的研究现状和发展趋势  9-11
  1.3 激光合金化工艺的研究  11-19
    1.3.1 激光合金化工艺的特点  11
    1.3.2 激光合金化工艺的选择  11-13
    1.3.3 激光合金化材料的选择  13-15
    1.3.4 激光合金化层的组织结构分析  15-17
    1.3.5 激光合金化目前存在的问题  17-19
  1.4 选题背景及研究内容  19-20
第2章 实验材料及方法  20-25
  2.1 试验材料  20-21
    2.1.1 基体材料  20
    2.1.2 涂层材料  20-21
  2.2 试验设备  21
  2.3 实验过程  21-23
  2.4 显微组织结构分析  23
    2.4.1 金相试样的制备及观察  23
    2.4.2 扫描电镜显微分析  23
    2.4.3 合金化层的X 射线物相分析  23
    2.4.4 合金化层的电子衍射分析  23
  2.5 性能测试  23-25
    2.5.1 显微硬度分析  23
    2.5.2 耐磨性试验  23-25
第3章 激光合金化工艺与合金化层组织及性能研究  25-37
  3.1 不同激光扫描速度处理的合金化层微观组织分析  25-29
  3.2 合金化层的X 射线物相分析  29-30
  3.3 合金化层物相的能谱及电子衍射分析  30-32
  3.4 合金化层硬度及其磨损特性分析  32-35
    3.4.1 合金化层的显微硬度  32-33
    3.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨  33-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章 合金化材料成分与合金化层组织及性能研究  37-46
  4.1 不同涂层材料成分的合金化层表面形貌分析  37-38
  4.2 不同涂层材料成分的合金化层微观组织分析  38-40
  4.3 合金化层的X 射线物相分析  40-41
  4.4 合金化层硬度及其磨损特性分析  41-44
    4.4.1 合金化层的显微硬度  41-42
    4.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨  42-44
  4.5 本章小结  44-46
第5章 陶瓷硬质相对合金化层组织及性能的影响  46-57
  5.1 不同陶瓷硬质相含量的合金化层微观组织分析  46-48
  5.2 合金化层的X 射线物相分析  48-49
  5.3 合金化层中物相的能谱及电子衍射分析  49-51
  5.4 合金化层硬度及其磨损特性分析  51-55
    5.4.1 合金化层的显微硬度  51-52
    5.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨  52-55
  5.5 本章小结  55-57
第6章 激光合金化轧辊应用试验研究  57-58
第7章 结论  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间的研究成果  65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 金属复层保护
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