冷氣動(dòng)力噴涂鉻鋯銅涂層制備及組織性能研究.pdf

1、冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)是一項(xiàng)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(shì)在于可以實(shí)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(guò)程中由于熱效應(yīng)引起的各種缺陷。將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)受損連鑄結(jié)晶器，可以延長(zhǎng)結(jié)晶器的平均使用壽命，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。 為了探索工藝參數(shù)對(duì)冷噴涂鉻鋯銅涂層的影響，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)法

2、對(duì)載氣溫度和載氣壓力兩個(gè)氣體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)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(dá)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(cè)試儀和激光導(dǎo)熱儀、拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)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(jī)理及涂層厚度、合金元素等對(duì)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(duì)涂層退火工藝參數(shù)進(jìn)行了探索，并分析了退火溫度對(duì)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(duì)冷噴態(tài)涂層沉積率、致密度等各項(xiàng)性能影響顯著。兩項(xiàng)參數(shù)影響能力主要體現(xiàn)在對(duì)粒子轟擊速度的貢獻(xiàn)上，但其對(duì)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(shí)涂層性能達(dá)到最佳。冷噴涂鉻鋯銅涂層中兩種結(jié)合機(jī)制，即絕熱剪切機(jī)制和機(jī)械咬合機(jī)制并存，但機(jī)械咬合機(jī)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(duì)冷噴態(tài)涂層的力學(xué)性能影響不明顯，微鍛效應(yīng)無(wú)累加效果

4、，作用范圍小，僅在距表層3～5個(gè)粒子層間有所體現(xiàn)，屬于短程效應(yīng)。但其對(duì)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(dá)98.02％，顯微硬度比鉻鋯銅基板高21.2％。通過(guò)研究冷噴涂鉻鋯銅涂層在退火過(guò)程中的熱流變化，發(fā)現(xiàn)涂層吸熱能量鋒出現(xiàn)三個(gè)拐點(diǎn)，即涂層的退火過(guò)程包括三個(gè)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(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)組織加速轉(zhuǎn)變區(qū)間分別對(duì)應(yīng)涂層的變形組織回復(fù)階段、再結(jié)晶形核與晶粒長(zhǎng)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(shí)，再結(jié)晶形核及長(zhǎng)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(guò)程中具有第三個(gè)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(xiàng)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(kāi)始出現(xiàn)塑性屈服，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值14