4Cr10Si2Mo钢表面制备Cr-C化合物涂层的组织及性能研究

论文摘要

柴油机排气阀是内燃机动力装置的关键部件之一，对内燃机的性能、寿命和可靠性有至关重要的影响。然而船用柴油机排气阀在运行过程中承受较大的机械负荷和热负荷，运行条件十分苛刻。本文主要是在4Cr10Si2Mo钢表面采用PIIID技术制备Cr-C化合物涂层，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子谱仪（XPS）、金相显微镜对基体试样、PIIID制备Cr-C涂层试样和镀硬铬试样进行了成分、组织及微观结构分析。主要针对PIIID制备Cr-C化合物涂层的高温氧化性能、抗热疲劳和高温磨损性能进行了详细地研究。结果表明，该Cr-C涂层硬度为Hv953.20，与硬质镀铬镀层硬度相当。PIIID制备Cr-C涂层质量好、颗粒均匀、尺寸细小、主要呈圆球状和棒状，涂层和基体的结合致密，涂层厚度约为7.19μm，涂层的主要成分为Cr7C3。PIIID技术制备Cr-C涂层在3.5%NaCl水溶液中的动态电位极化曲线表明：PIIID制备Cr-C涂层的电化学腐蚀性能在三种材料中最好。经过一系列高温试验测试结果表明：PIIID制备涂层750℃抗高温氧化性能十分突出，该涂层氧化速率很慢，从而表现出很好的抗高温氧化特性；PIIID涂层Cr-C化合物涂层具有非常好的抗高温氧化性能和高温磨损性能，其抗热震性能优于硬质镀铬涂层一倍以上；通过观察高温磨损后涂层的微观形貌，提出了三种涂层的高温磨损机理。综合研究表明，在4Cr10Si2Mo钢表面上用PIIID法制备的Cr-C涂层具有良好的高温性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 表面复合强化处理机理及其研究现状
• 1.2.1 表面复合强化处理的概念及分类
• 1.2.2 表面复合强化处理技术提高耐磨损性能的研究现状
• 1.3 等离子体浸没离子注入与沉积（PIIID）技术
• 1.3.1 等离子体浸没离子注入技术的原理
• 1.3.2 脉冲阴极弧金属等离子体源技术
• 1.3.3 PIIID 工艺的特点
• 1.3.4 影响 PIIID 涂层性能的因素
• 1.3.5 PIIID 技术在工程上的应用
• 1.4 金属高温氧化
• 1.4.1 金属氧化的概念
• 1.4.2 高温氧化的基本过程
• 1.4.3 金属氧化膜的完整性和保护性
• 1.4.4 合金的氧化特点
• 1.5 本课题研究内容（意义、目的）
• 第2章 涂层制备与试验方法
• 2.1 试验材料及试样的制备
• 2.1.1 试验材料的选择
• 2.1.2 试验试样的制备过程
• 2.2 PIIID 涂层试验仪器及试验工艺
• 2.2.1 PIIID 试验装置
• 2.2.2 Cr-C 涂层制备工艺流程及试验参数
• 2.3 硬质镀铬涂层的制备
• 2.3.1 电镀设备
• 2.3.2 电镀预处理
• 2.3.3 电镀过程
• 2.4 高温氧化试验
• 2.4.1 试验设备及试验仪器
• 2.4.2 试验方法及过程
• 2.5 热震试验
• 2.5.1 试验设备
• 2.5.2 试验方法及过程
• 2.6 涂层分析测试方法
• 2.6.1 X 射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.6.2 扫描电镜（SEM）分析
• 2.6.3 X 射线衍射分析
• 2.6.4 摩擦性能测试
• 2.6.5 高温磨损试验
• 2.6.6 显微硬度测试
• 2.6.7 光学组织观察
• 2.6.8 涂层电化学腐蚀性能分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 PIIID 制备 Cr-C 涂层常温组织及性能分析
• 3.1 PIIID 涂层成分及组织结构
• 3.1.1 PIIID 工艺制备的 Cr-C 涂层表面形貌
• 3.1.2 PIIID 工艺制备的 Cr-C 涂层截面表面形貌
• 3.1.3 X 射线衍射分析
• 3.1.4 X 光电子能谱分析
• 3.2 PIIID 制备 Cr-C 涂层的机械性能分析
• 3.2.1 PIIID 制备 Cr-C 涂层表面涂层的显微硬度
• 3.2.2 摩擦磨损性能及磨损机理
• 3.3 涂层的电化学性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 PIIID 制备 Cr-C 涂层高温性能研究
• 4.1 PIIID 技术制备涂层抗氧化性能分析及表面形貌观察
• 4.1.1 PIIID 技术制备涂层抗氧化性能分析
• 4.1.2 750℃高温氧化表面形貌
• 4.2 PIIID 涂层抗热震性能分析
• 4.2.1 PIIID 制备 Cr-C 涂层及硬质镀铬涂层抗热震性能分析
• 4.2.2 热震试样截面组织分析
• 4.3 PIIID 涂层高温磨损性能分析及表面形貌
• 4.3.1 高温磨损表面形貌分析
• 4.3.2 PIIID 涂层高温磨损性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢