中型表面納米化實驗室建設及冷氣動力噴涂、金屬表面納米化研究.pdf

1、本文基于寶鋼集團“納米及亞微米鋼鐵材料與納米技術在鋼鐵企業(yè)研究(BG020101)”和“冷氣動力噴涂修復結(jié)晶輥和結(jié)晶器”課題研究需要，設計建造了寶鋼研究院中型表面納米化實驗室塈超音速冷氣動力噴涂平臺；利用新建實驗平臺開展了一系列冷氣動力噴涂和表面納米化處理的研究工作；借助于掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射和顯微硬度計等設備，分別對冷噴涂層和表面納米化層的微結(jié)構特征及力學性能進行了表征，分析了工藝參數(shù)對冷噴涂層質(zhì)量或納米化處理效果的影響。

2、 以微粒轟擊系統(tǒng)為核心設備的中型表面納米化實驗室具有冷氣動力噴涂及金屬表面納米化處理兩種功能。設備經(jīng)調(diào)試達到或部分超過了設計功能，運行穩(wěn)定可靠。利用該實驗平臺成功制備了Ni、Cu合金冷噴涂層；實現(xiàn)了調(diào)質(zhì)態(tài)40 Cr的表面納米化處理。 通過對粒子撞擊基板后粒子嵌入形貌、彈坑形貌、結(jié)合率以及涂層厚度的分析，研究了工藝參數(shù)對冷噴涂層質(zhì)量的影響?；逍再|(zhì)、工作氣體壓力和溫度等對冷噴涂層與基底結(jié)合力及涂層的沉積率有著顯著的影響。工作

3、氣體壓力必須達到某一臨界壓力才能使粒子和基板產(chǎn)生有效的結(jié)合，臨界壓力以上繼續(xù)提高壓力對粒子飛行速度影響不大。提高工作氣體溫度可顯著提高粒子與基板的結(jié)合率，提高粉末的沉積率。 由于粉末力學性質(zhì)不同，相同工藝下制得Ni涂層的致密度明顯優(yōu)于Cu合金涂層；Cu合金涂層顆粒碰撞界面處存在明顯的縫隙，嚙合不嚴密。冷噴涂Ni涂層宏觀組織均勻，但微觀組織卻有明顯差異。距離界面越近，晶粒的變形程度越嚴重，晶粒細化也越明顯；界面處，微觀組織以帶狀晶

4、形貌和等軸晶形貌為主。 由于加工硬化，冷噴涂層的硬度明顯高于相應粉末的硬度；涂層硬度沿深度方向分布均勻，無明顯的梯度分布。涂層抗拉強度沿深度方向具有一定差異。當采用Al基體時，沿深度方向涂層中部的抗拉強度明顯高于表層及底部，其原因可能是中部微鍛效應效果明顯。 經(jīng)過超音速微粒轟擊表面納米化處理處理后，調(diào)質(zhì)態(tài)40Cr鋼表面形成15μm厚的表面納米化層；轟擊影響區(qū)可分為納米晶表面層、過渡區(qū)和基體三個部分。納米晶表面層晶粒直徑為

5、3～5nm，晶粒尺寸隨著距表面深度的增加而逐漸增大。表面納米晶層中滲碳體和鐵素體均被細化到納米級，且最表層滲碳體可能出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。 納米晶層的顯微硬度為525MPa，為基體顯微硬度的2倍，并隨著深度的增加迅速降低。納米化樣品的耐磨性能和疲勞性能較未處理樣品亦有較大的提高。對40Cr鋼表面納米化過程可能的機理進行了分析。表面層晶粒在粒子轟擊下發(fā)生強烈的局部塑性變形，形成位錯；位錯形成位錯列、位錯帶和位錯網(wǎng)，相互交織、纏結(jié)，割裂滲碳