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《兰州理工大学》 2003年
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铜合金表面铸渗的研究

杨贵荣  
【摘要】: 材料表面改性的研究已成为材料发展的一个重要分支,它是在不改变原材料基本性能的基础上通过各种技术疗法改善或提高材料的表面性能,使材料的功能更符合现代高技术的要求,材料表面改性的研究不仅可以提高零件的寿命、减少磨损,而且很大程度上提高经济效益。 铜及铜合金的表面改性方法有:热处理方法、低温气体放电渗硫法、等离子体喷溅等,这些方法都需要专门的设备,生产周期长,成本较高。本课题采用铸渗的方法,即将合金粉末或陶瓷颗粒预先固定在型壁的特定位置(待渗部位),通过浇注使铸件表面具有特殊组织和性能的一种材料表面处理技术。由于铸渗是利用铸造凝固余热使待渗物质熔化、分解、扩散,从而在表面形成特殊性能层。对于铜合金,其蓄热系数小、凝固速度快、且易氧化吸气,要在铜合金表面形成具有一定厚度的渗层比较困难。针对铜合金表面铸渗所遇到的问题,我们选取含有待渗元素的自熔性合金粉末(Ni60其成分为Cr14~16% Si4~5% B3~4% Fe≤5% C0.6~0.8%余为Ni),通过大量实验找出了影响铜合金表面渗层形成的主要因素有:浇注温度、预热温度、是否利用负压浇注条件、涂层厚度、粘结剂。最终确定各工艺参数为:浇注温度(1180~1200℃)预热温度(100~150℃) 负压条件(-0.04~-0.06MP)涂层厚度(2~3mm)粘结剂(乳胶加入量3~5%)。在保证以上各工艺条件下在铜合金浇注试块表面形成了具有一定厚支的渗层,通过金相及SEM电镜观察,发现渗层与基体熔合,界面结合较好,其表面硬度可达到HRC50以上,耐磨性能良好。但渗层较薄,为了得到较厚的渗层,又采用具有一定孔隙的预涂层来浇注,预涂层的制备是在待渗粉末中加入一定量的硼酸或硼砂然后进行适宜的加热处理就得到具有一定孔隙的预涂层,大量实验证明硼酸或硼砂的加入量必须保持在9:1~12:1(待渗粉末与硼酸的质量比),利用此工艺得到的渗层厚度明显比上面的厚度提高了,本组实验中待渗粉末采用Cr-Fe粉末(在上一组实验中利用Cr-Fe粉末不能得到渗层),通过金相及SEM电镜观察发现组织中含有一些夹杂物和孔隙,表面硬度在HRC25~40,耐磨性也得到了提高。 如果能准确地稳定工艺并应用到工业生产中,即可广泛应用于高炉风口、连铸结晶器、氧枪喷头等各种耐磨、耐高温、耐蚀的零部件,由于此工艺是将零件成型与提面改性合为一个过程,经济和社会效益显著,具有广阔的发展前景。
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