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金属材料表面仿生梯度纳米复合涂层的研究

2020-11-23阅读(549)

金属材料表面仿生梯度纳米复合涂层的研究

论文摘要

灰铸铁与粉末冶金材料是两种在工业中广泛使用的材料,由于加工工艺限制,表面硬度低、耐磨性差,降低了零件寿命,增大了损耗,运用表面改性技术改善表面性能是工业界急待解决的问题。本文针对灰铸铁与粉末冶金材料基体,借鉴天然生物材料例如骨骼、竹材、木材等分级梯度结构特征,采用了两种表面改性技术-激光熔覆法和复合电沉积法,进行仿生梯度纳米复合涂层的设计与制备。运用试验优化设计的方法,优化了工艺参数。深入探讨了两种表面改性技术的工艺参数对涂层组织与性能的影响,揭示了激光熔覆层中不同部分组织的形成机理,系统分析了复合电沉积工艺参数对涂层中纳米颗粒含量、组织、形貌、性能的影响,其中工艺参数对复合涂层组织、形貌的影响规律和机理,目前在文献中少见报道。比较了仿生梯度复合涂层与基体或未增加纳米材料涂层的组织与性能,激光熔覆法中比较了仿生梯度复合涂层与基体的耐磨性,并分析了耐磨机理;复合电沉积法中比较了仿生梯度复合涂层与纯镍钴层组织及耐磨性,并分析了组织形成机理及耐磨机理。系统分析了两种涂层结构、成分及性能的变化特征,激光熔覆法制备的仿生梯度复合涂层从熔覆区到基体区结构呈现梯度变化,硬度也呈现梯度变化;电沉积法制备的仿生梯度复合涂层由表层到里层纳米颗粒含量呈现梯度变化,硬度也呈现梯度变化。特别地,复合电沉积法制备的仿生梯度复合涂层具有疏水性,运用仿生非光滑理论对其疏水原理进行了分析。在定性分析电沉积法仿生梯度复合涂层微观形貌的基础上,采用分形分析定量分析表面微观形貌,分析表明复合涂层具有分形特征。上述的研究工作为新型的梯度涂层的设计、制备及研究提供了一定的理论依据,也为材料的仿生涂层技术拓宽了应用领域。

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题意义
  • 1.2 纳米仿生材料的研究现状
  • 1.2.1 天然生物材料的纳米结构与仿生
  • 1.2.2 纳米材料用于制备仿生材料
  • 1.2.3 仿生合成法制备纳米材料
  • 1.3 几种典型天然生物梯度材料及仿生材料研究进展
  • 1.3.1 骨骼的结构特征及仿骨材料的研究进展
  • 1.3.2 竹材的结构特征及仿竹材料的研究进展
  • 1.3.3 木材的结构特征及仿木材料的研究进展
  • 1.4 金属基纳米梯度复合涂层的制备方法
  • 1.4.1 金属基纳米复合材料制备的难点
  • 1.4.2 金属基纳米复合涂层的制备方法
  • 1.4.3 本文选用的两种工艺方法比较
  • 1.5 本论文主要研究工作
  • 第二章 仿生梯度纳米复合涂层的制备
  • 2O3/Fe 仿生梯度复合涂层'>2.1 激光熔覆法制备n-Al2O3/Fe 仿生梯度复合涂层
  • 2.1.1 激光熔覆设备的选定
  • 2.1.2 涂层材料的添料方式
  • 2.1.3 粘结剂的选择
  • 2.1.4 涂层材料的选择
  • 2.1.5 试样的制备
  • 2.1.6 激光束光斑种类的选择
  • 2.1.7 工艺参数优化的评价原则
  • 2.1.8 试验方案设计
  • 2O3/Ni-Co 仿生梯度纳米复合涂层'>2.2 复合电沉积法制备n-Al2O3/Ni-Co 仿生梯度纳米复合涂层
  • 2.2.1 电沉积设备的选定
  • 2.2.2 复合镀层种类的选择
  • 2.2.3 镀液种类的选择
  • 2.2.4 电镀液中各种成分的作用
  • 2.2.5 样品制备
  • 2.3 小结
  • 2O3/Fe 仿生梯度纳米复合涂层的组织与性能'>第三章 灰铸铁表面激光熔覆法制备的n-Al2O3/Fe 仿生梯度纳米复合涂层的组织与性能
  • 2O3/Fe 的组织'>3.1 灰铸铁激光熔覆n-Al2O3/Fe 的组织
  • 3.1.1 激光熔覆过程分析
  • 3.1.2 激光熔覆层的组织分析
  • 2O3/Fe 的性能'>3.2 灰铸铁激光熔覆n-Al2O3/Fe 的性能
  • 3.2.1 试验设备与方法
  • 3.2.2 试验结果与讨论
  • 3.3 小结
  • 2O3/Fe 仿生梯度纳米复合涂层的组织与性能'>第四章 粉末冶金材料表面激光熔覆法制备的n-Al2O3/Fe 仿生梯度纳米复合涂层的组织与性能
  • 2O3/Fe 的组织'>4.1 粉末冶金材料表面激光熔覆n-Al2O3/Fe 的组织
  • 2O3/Fe 的性能'>4.2 粉末冶金材料激光熔覆n-Al2O3/Fe 的性能
  • 4.2.1 试验设备与方法
  • 4.2.2 试验结果与讨论
  • 4.3 小结
  • 2O3/Ni-Co 仿生梯度纳米复合涂层影响因素'>第五章 复合电沉积法制备n-Al2O3/Ni-Co 仿生梯度纳米复合涂层影响因素
  • 5.1 纳米复合镀工艺参数的影响
  • 5.1.1 阴极电流密度
  • 5.1.2 镀液的pH 值
  • 5.1.3 搅拌方式
  • 2O3 含量'>5.1.4 镀液中纳米Al2O3含量
  • 5.2 复合电沉积机理分析
  • 5.3 小结
  • 2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的组织与性能'>第六章 仿生梯度n-Al2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的组织与性能
  • 2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的组织与成分分析'>6.1 仿生梯度n-Al2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的组织与成分分析
  • 2O3/Ni-Co 复合涂层的微观形貌'>6.1.1 纯镍钴层与n-Al2O3/Ni-Co 复合涂层的微观形貌
  • 2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的成分分析'>6.1.2 仿生梯度n-Al2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的成分分析
  • 2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的性能'>6.2 仿生梯度n-Al2O3/Ni-Co 纳米复合涂层的性能
  • 6.2.1 显微硬度
  • 6.2.2 耐磨性能
  • 6.2.3 润湿性能
  • 6.3 小结
  • 第七章 电沉积仿生梯度复合涂层的分形特征
  • 7.1 分形理论的基本内涵
  • 7.1.1 分形与分维
  • 7.1.2 分形理论在薄膜表面中的应用
  • 7.2 梯度复合涂层的分维计算方法
  • 7.2.1 基于分形布郎运动的分维计算方法
  • 7.2.2 表面分形性的评价
  • 7.2.3 梯度复合涂层的分维与分形性
  • 7.3 小结
  • 第八章 结论与展望
  • 8.1 主要结论
  • 8.2 本文主要创新点
  • 8.3 研究工作展望
  • 参考文献
  • 攻读博士期间成果目录
  • 致谢
  • 摘要
  • ABSTRACT

    • 相关论文文献

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