冷氣動力噴涂鉻鋯銅涂層制備及組織性能研究.pdf

1、冷氣動力噴涂技術(shù)是一項全新的表面覆層技術(shù)，噴涂原理是利用氣流加速粒子使其以固態(tài)高速碰撞基板表面形成涂層。其優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)化學(xué)性質(zhì)較為活潑的還原性金屬涂層的制備，例如在連鑄結(jié)晶器基板上制備鉻鋯銅涂層，有效避免了傳統(tǒng)噴涂技術(shù)制備涂層過程中由于熱效應(yīng)引起的各種缺陷。將這項技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)受損連鑄結(jié)晶器，可以延長結(jié)晶器的平均使用壽命，具有重要的學(xué)術(shù)價值和工程意義。 為了探索工藝參數(shù)對冷噴涂鉻鋯銅涂層的影響，本文采用統(tǒng)計學(xué)中的響應(yīng)曲面實驗法

2、對載氣溫度和載氣壓力兩個氣體參數(shù)進行優(yōu)化。通過對涂層沉積率、致密度、顯微硬度及摩擦磨損性能的分析，確定使涂層性能達到最佳狀態(tài)的工藝參數(shù)。利用金相、掃描電鏡、電子探針和顯微硬度儀、微摩擦測試儀和激光導(dǎo)熱儀、拉伸實驗機等手段表征了冷噴態(tài)鉻鋯銅涂層組織與性能，探討了冷噴涂鉻鋯銅粒子的結(jié)合機理及涂層厚度、合金元素等對涂層組織性能的影響。利用示差掃描量熱分析儀及激光共焦掃描顯微鏡對涂層退火工藝參數(shù)進行了探索，并分析了退火溫度對涂層組織和性能的影響

3、規(guī)律。 研究結(jié)果表明：載氣溫度和載氣壓力對冷噴態(tài)涂層沉積率、致密度等各項性能影響顯著。兩項參數(shù)影響能力主要體現(xiàn)在對粒子轟擊速度的貢獻上，但其對涂層性能的影響方式各不相同。借助Minitab軟件分析得到，當(dāng)噴涂氣體參數(shù)為370℃和2MPa時涂層性能達到最佳。冷噴涂鉻鋯銅涂層中兩種結(jié)合機制，即絕熱剪切機制和機械咬合機制并存，但機械咬合機制占主導(dǎo)地位，涂層力學(xué)性能表現(xiàn)為脆性。涂層厚度對冷噴態(tài)涂層的力學(xué)性能影響不明顯，微鍛效應(yīng)無累加效果

4、，作用范圍小，僅在距表層3～5個粒子層間有所體現(xiàn)，屬于短程效應(yīng)。但其對冷噴涂涂層的力學(xué)性能有重要影響，冷噴態(tài)涂層的致密度達98.02％，顯微硬度比鉻鋯銅基板高21.2％。通過研究冷噴涂鉻鋯銅涂層在退火過程中的熱流變化，發(fā)現(xiàn)涂層吸熱能量鋒出現(xiàn)三個拐點，即涂層的退火過程包括三個熱流加速轉(zhuǎn)變區(qū)間。將原位觀察手段及涂層性能變化規(guī)律相結(jié)合后進一步發(fā)現(xiàn)，這三個組織加速轉(zhuǎn)變區(qū)間分別對應(yīng)涂層的變形組織回復(fù)階段、再結(jié)晶形核與晶粒長大階段、以及內(nèi)部顆粒界面

5、融合階段。由此可知退火350℃為冷噴涂鉻鋯銅合金的去應(yīng)力退火階段，570℃時，再結(jié)晶形核及長大速率最高，此溫度區(qū)間涂層性能變化最大。與塊體銅合金材料不同的是，冷噴涂材料在退火過程中具有第三個能量轉(zhuǎn)變鋒，即870℃粒子界面的愈合。由于粒子界面的消失需要的激活能最大，能量釋放也更為顯著。退火后涂層各項性能可由以上涂層退火特征溫度的晶體結(jié)構(gòu)演變解釋。隨退火溫度的升高，涂層孔隙率增大。500℃退火后，涂層開始出現(xiàn)塑性屈服，抗拉強度達到最大值14