冷噴涂銅合金涂層制備工藝及其防護性能研究.pdf

1、冷噴涂技術(shù)是一種新興的表面工程技術(shù),其利用氣流加速粒子使之以固態(tài)高速撞擊基體表面形成涂層。在噴涂過程中,由于其噴涂溫度低、無相變及氧化現(xiàn)象,形成的涂層致密,孔隙率低等優(yōu)點而被廣泛關(guān)注。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容是利用X射線衍射技術(shù)(XRD)、掃描電鏡及EDS能譜分析、顯微硬度、結(jié)合強度、耐磨性及耐腐蝕性試驗等手段對利用冷噴涂工藝制備的冷噴涂銅涂層、冷噴涂Cu-20wt％Al2O3復(fù)合涂層、冷噴涂Cu-20wt％SiC復(fù)合涂層和

2、冷噴涂Cu-50wt％SiC復(fù)合涂層四種涂層物理及電化學(xué)性能進行研究。此外,本文還研究了熱處理對四種冷噴涂涂層微觀組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、耐磨性的影響。
　　 研究結(jié)果顯示:冷噴涂制得的銅涂層與基體結(jié)合致密、分界面不明顯,孔隙率較低;冷噴涂過程中銅粉末顆粒未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象;涂層顯微硬度較高;厚度對冷噴涂銅涂層的結(jié)合強度及摩擦性能影響較小。經(jīng)動電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜測試表明,隨著浸泡時間的延長,冷噴涂銅涂層腐蝕電流密度很小,極

3、化電阻較大,涂層的耐蝕性能較好。
　　 經(jīng)退火熱處理后,冷噴涂銅涂層性能發(fā)生了明顯的變化:在一定熱處理溫度范圍內(nèi)(500℃以下),隨熱處理溫度的升高,冷噴涂涂層結(jié)合強度大大增加,由噴涂態(tài)的6MPa提高到45MPa左右,但顯微硬度卻成明顯的下降趨勢:由未處理前132.94Hv0.2降低至41.8Hv0.2(HT500℃)。300℃熱處理溫度下,冷噴涂涂層主要以去應(yīng)力退火為主,涂層宏觀結(jié)構(gòu)變化不明顯,涂層顯微硬度明顯下降,涂層結(jié)合強

4、度增大;500℃熱處理溫度下,涂層發(fā)生了再結(jié)晶現(xiàn)象,涂層顯微硬度繼續(xù)呈下降的趨勢,但涂層結(jié)合強度達到最大值44.6MPa;當(dāng)退火溫度達到700℃時,涂層的顯微硬度降至最低值,涂層結(jié)合強度有所下降。
　　 為了增加冷噴涂銅的顯微硬度,提高涂層的耐磨性加入不同比例的Al2O3、SiC硬質(zhì)顆粒。本文成功制備的三種復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密,硬質(zhì)粉末均衡地分布在涂層中,在噴涂過程中硬質(zhì)粉末未發(fā)生明顯的分離;涂層的顯微硬度都明顯得到提高;三種冷噴涂

5、態(tài)復(fù)合涂層在摩擦過程中均出現(xiàn)了硬質(zhì)粉末脫離的現(xiàn)象,在摩擦過程中,硬質(zhì)粉末的脫離使摩擦進入三體系摩擦系統(tǒng),涂層主要以磨粒磨損為主。
　　 三種復(fù)合涂層經(jīng)不同溫度退火熱處理后,涂層結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化。與冷噴涂銅涂層一樣,在300℃退火溫度下,復(fù)合涂層均表現(xiàn)出了以去應(yīng)力退火為主的結(jié)構(gòu)變化,并且顯微硬度呈一定程度的下降;在500℃退火溫度下,涂層中出現(xiàn)了再結(jié)晶現(xiàn)象,涂層顆粒增大,涂層結(jié)合更加致密,涂層硬度下降明顯;700℃退火溫度下,涂

6、層再結(jié)晶現(xiàn)象明顯,涂層顆粒進一步增大,涂層顯微硬度降低。
　　 在耐磨性試驗中,三種退火態(tài)復(fù)合涂層的磨損機制各不相同:Cu-20wt％Al2O3復(fù)合涂層,在噴涂態(tài)和低退火溫度(300℃和500℃)時,涂層硬度較高,在磨損過程中,涂層的磨損以Al2O3顆粒的磨粒磨損為主;當(dāng)退火溫度達到700℃時,涂層顯微硬度明顯下降,涂層出現(xiàn)剝離、脫落現(xiàn)象,涂層的磨損機制主要為磨粒磨損和粘著磨損。Cu-20wt％SiC復(fù)合涂層噴涂態(tài)和300℃熱處