| 激光熔覆Ni 、 Co 基覆层的界面结构设计及摩擦学性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 路世盛 | |
| Thesis Advisor | 梁军 |
| 2022-05-20 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 激光熔覆，Ni基复合涂层，Co基复合涂层，过渡层，摩擦学性能 |
| Abstract | 本论文采用激光熔覆技术在钛合金、铝合金、铜合金、球墨铸铁表面制备了金属间化合物或陶瓷相增强的Ni、Co基涂层，用于改善基体材料的表面硬度和摩擦学性能，通过添加不同类型的过渡层用于缓解基体材料和涂层间的热物理性能差异，改善基体材料与涂层材料的相容性。系统考察了过渡层与Ni、Co基涂层的物相组成、显微结构，测试了Ni、Co基涂层的机械性能和摩擦学性能，分析了涂层的磨损机理。通过研究获得了一些有价值的成果，能够为Ni、Co基涂层在相关领域的应用提供理论指导和技术支持。论文获得的主要研究结果如下： 1. 在钛合金表面制备了金属间化合物强化的NiCrFeNbMo涂层，对比分析了未添加过渡层和添加V/Cr过渡层对NiCrFeNbMo涂层的成形性、物相组成、显微结构、机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明：添加V/Cr过渡层制备的NiCrFeNbMo涂层结构致密，相邻层之间呈冶金结合，V/Cr过渡层的添加抑制了涂层中裂纹、气孔缺陷的产生。复合涂层主要物相为γ-Ni(Cr,Fe)和(Ni,Ti,Al)两种固溶体以及Ni4Nb和Ni0.45V0.55金属间化合物。添加过渡层制备的NiCrFeNbMo涂层表现出较高的显微硬度以及较低的平均摩擦系数与磨损率。该涂层在25 ℃至400 ℃范围内主要的磨损机制为磨粒磨损；在600至800 ℃范围内磨损表面形成氧化层，起到了很好的减摩作用。 2. 通过添加CuNi过渡层在铝合金表面制备了MoSi2增强的NiCrBSi涂层，分析了MoSi2含量对NiCrBSi涂层微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明：CuNi过渡层和NiCrBSi复合涂层结构致密，无明显缺陷，相邻层呈冶金结合。CuNi过渡层的主要物相为(Cu,Ni)固溶体。随MoSi2含量的增加，更多的Mo原子固溶在CrB中形成Cr(Mo)B硬质相，使复合涂层具有更高的显微硬度和机械性能。MoSi2含量为20 wt.%的NiCrBSi复合涂层表现出较低的平均摩擦系数与磨损率。在30 ℃至400 ℃，MoSi2含量为0 wt.%和10 wt.%的NiCrBSi复合涂层主要发生粘着磨损与磨粒磨损，MoSi2含量为20 wt.%的NiCrBSi复合涂层主要发生磨粒磨损。MoSi2的添加抑制了NiCrBSi涂层的粘着磨损。 3. 通过添加NiCrBSi过渡层在铜合金表面制备了Ti3SiC2增强的CoCrW涂层，分析了Ti3SiC2含量对CoCrW涂层微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明：Ni基过渡层和CoCrW复合涂层结构致密，无明显缺陷，相邻层呈冶金结合。Ni基过渡层的主要物相为γ-Ni固溶体和Ni3Fe、Ni3B、Ni3Si、Cr23C6强化相。随Ti3SiC2含量的增加，Ti3SiC2发生分解形成TiC和SiC，造成复合涂层表现出更高的显微硬度和弹性模量。在30 ℃-600 ℃范围内，含10 wt.% Ti3SiC2的CoCrW复合涂层表现出最小的平均摩擦系数与磨损率，复合涂层在30 ℃-400 ℃范围内发生轻微的粘着磨损和磨粒磨损，在600 °C磨损表面形成致密的氧化层，起到了减摩抗磨的作用。随着Ti3SiC2含量增加至20 wt.%，复合涂层发生严重的粘着磨损和磨粒磨损，导致复合涂层在30 ℃-600 ℃范围内表现出最大的平均摩擦系数与磨损率。不含Ti3SiC2的CoCrW涂层在30 ℃-400 ℃发生粘着磨损和磨粒磨损，在600 °C发生氧化磨损。 4. 通过添加NiCu过渡层在球墨铸铁表面制备了高硬度的CoCrW和CoCrNiW涂层，对比分析了两种Co基涂层的显微结构、机械性能和摩擦学性能。结果表明：添加过渡层制备的两种Co基涂层结构致密，无明显缺陷，相邻层之间成冶金结合。NiCu过渡层的主要物相为γ-Ni和少量的Ni3Si相。两种Co基涂层的主要物相为γ-Co和Cr7C3，除此之外CoCrNiW涂层还形成了C6(Cr,Co,Ni)23碳化物，导致其显微硬度略高于CoCrW涂层。当温度高于200 ℃，CoCrW涂层的平均摩擦系数与磨损率均小于CoCrNiW涂层。在30 ℃-400 ℃，CoCrW涂层发生粘着磨损与磨粒磨损，在600 ℃-800 ℃，磨损表面形成氧化层，起到了良好的减摩抗磨作用。随温度的升高，CoCrNiW涂层的磨损机制由粘着磨损和轻微的磨粒磨损转变为完全磨粒磨损，最后发生大面积剥落与氧化磨损。引入Mo2C进一步改善CoCrNiW涂层的摩擦学性能，结果表明：随Mo2C含量的增加，CoCrNiW复合涂层内部形成更多的Co7Mo6、Co6W6C和Fe6W6C，造成显微硬度和机械性能呈现增加的趋势。在30 ℃-800 ℃，含10 wt.% Mo2C的CoCrNiW涂层表现出更高的平均摩擦系数与磨损率，复合涂层的主要磨损机制为严重的粘着磨损与磨粒磨损。含20 wt.% Mo2C的CoCrNiW涂层表现出较低的平均摩擦系数与磨损率，在30 ℃-400 ℃，复合涂层发生轻微的粘着磨损与磨粒磨损，在600 ℃-800 ℃，磨损表面形成氧化层，起到了良好的减摩抗磨作用。 |
| Other Abstract | 无 |
| MOST Discipline Catalogue | 工学 |
| Pages | 195 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/30074 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 路世盛. 激光熔覆Ni 、 Co 基覆层的界面结构设计及摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2022. |
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