稀土对脉冲放电合成复合陶瓷涂层的改性作用研究
【摘要】：电火花放电沉积技术可以在低成本材料工件上制成高性能表面，能代替大量的高级合金，节约贵重、稀有的金属材料，降低能源消耗，具有非常广阔的工程应用前景。稀土元素对金属及合金具有突出的表面改性作用，稀土-电火花放电沉积复合处理技术可显著提高材料表面的多种性能。
本论文试验研究了含稀土氧化镧(La_2O_3)的碳化钛电沉积金属陶瓷涂层的耐磨性能及稀土对沉积涂层的耐磨性能的影响，并探讨了稀土的改性机理。本文还分析了电火花沉积的工艺特性，从涂层材料设计，电极制作及电沉积加工工艺参数的选择入手，采取了防止涂层开裂及脱落的措施。采用自配的TiC、WC、Ni、Mo的混合粉末制成的烧结电极在45~#钢基体上进行电沉积陶瓷涂层实验，获得了表面质量良好的涂层。在环块摩擦磨损实验机上考察了涂层的耐磨性能及稀土对涂层耐磨性能影响。摩擦磨损试验结果表明：涂层中含适量的稀土元素，其耐磨性能得到很大提高，在本实验条件下，含La_2O_3 0.5％的涂层耐磨性能最好，其耐磨性能较未加La_2O_3时提高了71.4％，当涂层中La_2O_3含量大于0.5％时，涂层耐磨性能逐渐降低，甚至低于不加La_2O_3时的耐磨性能，La_2O_3含量为4％时，耐磨性能较未加La时降低了28.6％。在较大载荷时，对耐磨性能的提高更明显。运用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌及化学组成进行了分析，结果表明：含0.5％La_2O_3的涂层晶粒明显细化且呈弥散分布，表面比较平整，较少孔洞和裂纹。
本论文研究表明，采用TiC基涂层材料，在适当的电火花能量密度下可获得表面质量良好的涂层。涂层中加入适量La_2O_3能脱氧、脱硫、去除杂质，减少表面微缺陷的产生，还可细化晶粒，提高耐磨性能。当涂层中La_2O_3含量过多时，较多脆性较大的稀土金属间化合物La_2Fe_(17)的生成，导致了耐性能降低。
【关键词】：陶瓷涂层 放电沉积 耐磨性能 稀土 【学位授予单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ174
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.172977
【目录】：
- 中文摘要2-3
- 英文摘要3-4
- 目录4-7
- 第一章 绪论7-19
- 1.1 课题研究的背景和意义7-8
- 1.2 稀土资源概况及应用现状8-11
- 1.2.1 稀土元素概况8-9
- 1.2.2 我国稀土资源概况及应用现状9-11
- 1.3 稀土对陶瓷涂层的改性作用研究现状及机理11-18
- 1.3.1 稀土元素对陶瓷涂层抗弯强度的改善11-13
- 1.3.2 稀土元素对陶瓷涂层抗拉结合强度的改善13
- 1.3.3 稀土元素对陶瓷涂层断裂韧性的改善13-14
- 1.3.4 稀土元素对陶瓷涂层耐磨性的改善14-15
- 1.3.5 稀土元素对陶瓷涂层耐蚀性的改善15-16
- 1.3.6 稀土元素对陶瓷涂层硬度的改善16-17
- 1.3.7 稀土元素对陶瓷涂层高温性能的改善17
- 1.3.8 稀土元素对陶瓷涂层抗热震性的改善17-18
- 1.4 本课题研究内容18-19
- 第二章 脉冲放电沉积技术及涂层设计19-31
- 2.1 脉冲放电沉积技术及设备介绍19-23
- 2.1.1 脉冲放电沉积原理及优点19-20
- 2.1.2 脉冲放电中影响涂层厚度和粗糙度的因素20-22
- 2.1.3 电火花机床介绍22-23
- 2.2 电极制作与配方23-26
- 2.2.1 电极制作过程23-25
- 2.2.2 电极中添加剂对陶瓷涂层的影响25-26
- 2.3 脉冲放电沉积实验26-30
- 2.3.1 电极配方、基体试块以及夹具26-27
- 2.3.2 电火花沉积涂层实验27-29
- 2.3.3 试验总结29-30
- 2.4 本章结论30-31
- 第三章 含镧电沉积陶瓷涂层磨损性能试验研究31-36
- 3.1 试验设备和性能31-32
- 3.2 含镧电沉积陶瓷涂层磨损试验研究32-34
- 3.3 本章结论34-36
- 第四章 镧对电沉积 TiC金属陶瓷涂层改性机理分析36-46
- 4.1 稀土镧对电沉积陶瓷涂层耐磨性能影响分析36-37
- 4.2 电沉积陶瓷涂层表面分析与讨论37-41
- 4.2.1 试验设备及仪器37-38
- 4.2.2 电沉积陶瓷涂层表面成分分析及讨论38-39
- 4.2.3 电沉积陶瓷涂层表面结构分析及讨论39-40
- 4.2.4 小结40-41
- 4.3 稀土 La对电沉积 TiC陶瓷涂层改性机理分析41-44
- 4.3.1 稀土元素的物理化学性质特征简述41-42
- 4.3.2 稀土元素对 TiC陶瓷涂层的改性机理探讨42-44
- 4.3.3 小结44
- 4.4 本章结论44-46
- 第五章 工作总结与研究展望46-48
- 5.1 研究工作总结46-47
- 5.2 研究工作展望47-48
- 参考文献48-55
- 附录I 压结电极的模具55-56
- 附录II 摩擦磨损实验的试环和试块56-57
- 附录III 0.5%稀土含量涂层的 XRD检测报告57-58
- 致谢58-59
- 攻读硕士学位期间所发表的论文59
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