液相脈沖放電制備Cr-C表面改性層及其滑動(dòng)磨損特性研究.pdf

1、金屬碳化物作為一種硬質(zhì)相常被用于改善金屬材料的耐磨性能，其中，鉻的碳化物以其高熔點(diǎn)、高硬度以及良好的耐摩擦學(xué)特性等優(yōu)越性能而受到人們的重視。液相脈沖放電沉積技術(shù)EDC(Electrical Discharge Coating Technology)是在傳統(tǒng)的電火花加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的表面處理技術(shù)，其工作原理是利用脈沖放電產(chǎn)生的熱量使工具電極材料、液相介質(zhì)分解物和工件熔融材料在工件表面發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)化涂層，從而

2、提高工件表面性能，以往的研究多集中在TiC類金屬陶瓷涂層的制備與性能研究方面，采用液相脈沖放電沉積技術(shù)制備Cr-C表面改性層的研究還鮮見報(bào)道，本文通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)考察脈沖寬度、脈沖間隙、峰值電流等關(guān)鍵工藝參數(shù)對Cr-C表面改性層品質(zhì)的影響規(guī)律，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化放電藝參數(shù)，采用粉末冶金半燒結(jié)法制備專用工具電極，并采用最優(yōu)化工藝參數(shù)在45鋼基體表面制備出Cr-C表面改性層。
　　使用金相顯微鏡、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(S

3、EM)、透射電鏡(TEM)、能譜儀(EDS)等手段對所制備改性層的組織特征、相結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分進(jìn)行了分析和表征;利用顯微硬度計(jì)、涂層附著力劃痕測試儀、材料表面性能綜合測試儀等對改性層的力學(xué)性能及滑動(dòng)磨損特性進(jìn)行了檢測與分析。
　　研究了改性層在常溫和高溫下的滑動(dòng)磨損特性并與純鉻粉混合壓制半燒結(jié)體電極所制備的改性層進(jìn)行了對比，探討了兩種不同電極成分所制備的改性層磨損性能的差異。所得出主要結(jié)論如下:
　　1、通過正交實(shí)驗(yàn)分析方法

4、分別獲得了各因素對表面改性層的表面粗糙度、表面硬度和耐磨性的影響主次順序。通過多指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)綜合平衡法的分析，獲得了在綜合考慮改性層的表面粗糙度、表面硬度和耐磨性等三個(gè)指標(biāo)下所得到最好性能的最佳參數(shù)組合，即峰值電流為9A，脈沖寬度為8μs，脈沖間隙為100μs。
　　2、在優(yōu)化參數(shù)條件下，通過液相脈沖放電技術(shù)所制備的改性層得主要物相為Cr7C3相，同時(shí)含有少量的Fe-Cr和Cr相。Cr7C3相的選區(qū)電子衍射花樣圖譜展現(xiàn)出一系列明亮

5、不連續(xù)的同心圓衍射環(huán)，呈現(xiàn)出細(xì)小多晶組織所具備的特征，且Cr7C3晶粒尺寸為納米尺度。改性層表面平整，平均厚約20μm，硬度最高約為1550HV，且自表面至基體呈梯度減小趨勢。改性層與基體之間存在元素互擴(kuò)散，改性層與基體為冶金結(jié)合狀態(tài)，結(jié)合力高達(dá)93.5N。
　　3、利用液相脈沖放電技術(shù)，通過兩種不同成分的專用電極所制備出來的金屬表面Cr-C改性層（基體材料為45鋼）進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)對比，結(jié)果表明:
　　(1)在載荷為30N

6、條件下，改性層A的摩擦系數(shù)基本穩(wěn)定，磨損機(jī)制為輕微磨粒磨損;而改性層B摩擦系數(shù)則隨著時(shí)間增加而上升，磨痕表面出現(xiàn)了局部剝落;當(dāng)載荷為50N時(shí)，A、B兩種改性層的摩擦系數(shù)和磨損量均隨著載荷的增加而增加，但改性層A的增加幅值明顯低于改性層B，改性層A的磨損機(jī)制為塑性變形和磨粒磨。改性層B的磨損機(jī)制為劇烈磨粒磨損并伴隨局部剝落。
　　(2)溫度對兩種Cr-C改性層的摩擦系數(shù)影響顯著，摩擦系數(shù)隨溫度升高呈下降的趨勢。在600℃條件下改性層

7、A的摩擦系數(shù)最低，僅為0.10。兩種Cr-C改性層的高溫摩擦系數(shù)的變化與改性層的磨損行為有關(guān)。改性層A在300℃時(shí)，改性層的磨損方式主要表現(xiàn)為輕微磨粒磨損;而450℃條件下，主要表現(xiàn)為由氧化引起的腐蝕磨損和輕微粘著磨損;600℃條件下則為主要為由氧化引起的腐蝕磨損和氧化膜的部分變形與脫落。而對于改性層B，在300℃時(shí)，改性層的磨損方式主要表現(xiàn)為磨粒磨損;而450℃條件下，主要表現(xiàn)為由氧化引起的腐蝕磨損;600℃條件下則為主要為由氧化引起