本文主要研究内容
作者蔡小龙（2019）在《扩散控制的反应制备碳化钨硬质层形成机理及性能研究》一文中研究指出：铁合金虽应用广泛,但其强度仍不足。基于此,为强化铁基合金表面,获得综合力学性能,本文利用铁合金自身高碳含量,通过渗碳表面改性处理,以期达到强韧化表面目的。本文采用等温退火工艺,通过扩散控制的原位反应在固态下三组温度1000℃、1050 ℃和1100 ℃C分别保温1 h、2h、3h、4h和5h制备铁基合金表面碳化钨硬质合金层;采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)表征硬质层组织和物理、化学特性;基于Gibbs自由能和扩散理论讨论相转化及WC-Fe和W2C层生长动力学;基于经典理论描述碳化钨晶粒形核、生长和形貌演化;通过压痕法评估硬质层的承载能力;基于实验和摩擦学理论分析硬质层和基体在干摩擦下的磨损行为。本文旨在揭示碳化钨硬质层形成机理及准确评估其力学性能,获得以下结论:制备的三组试样,1100℃硬质层及界面缺陷(孔隙、微裂纹)减少,组织得到了优化,其总层厚从52.20±1.94 μm到197.86±2.23μm。相比于类似钢铁基/碳化钨涂层制备技术,本文采用的工艺简单、经济。硬质层相组成为W2C、Fe2W2C、Fe3W3C、WC和αα-Fe。WC是主导相,少量αα-Fe存在于WC/WC之间,W2C与W毗邻,W2C和WC-Fe之间为复相碳化物Fe2W2C或Fe3W3C。由于受温度影响,发生Fe2W2C→Fe3W3C转变。W2C、Fe3W3C、WC二维尺寸随退火时间而增加且WC增加速率最快;由晶粒生长引起的晶界偏转角为0～15°;W2C和WC晶面取向皆为{0001},Fe3W3C晶面取向为{0001}或{1010}。再者,碳化物晶向发生转变,WC:[0110]→[1210];W2C:[0001]→[01T0];Fe3W3C:[001]→[101]。这些均表明工艺参数对碳化物晶粒择优生长取向影响显著。W2C率先形成,WC作为第二个相出现。WC快速生长,而W2C向WC转化,导致大量WC和少量W2C同时存在且形成双层结构。W2C向WC转变的一个原因是W2C的共析分解。WC-Fe层生长完全服从抛物线规律,但W2C层生长不完全遵循抛物线规律,因为W2C在生长的同时也在被消耗。碳在W2C和WC-Fe层内的扩散机制是晶界扩散,扩散系数变化依赖于温度且DwC-Fe>DW2C。WC-Fe层生长活化能为286.71 kJ/mol,是W2C层的3倍(81.62 kJ/mol),表明原位生成WC-Fe层比W2C层需要克服较高的能量势垒。所获W2C和WC-Fe层厚度与退火时间、温度的函数关系可预测二者的生长规律,为实现可控性制备和应用做指导。碳钨晶粒XRD结果显示随工艺参数变化,W和W2(C均向WC转变,相转化次序为W→W2C→WC。晶粒棱柱面长度L和基面半径r的平均值随温度、时间而增加。再者,1100 ℃发现硬质层内WC晶粒{0001}和{0110}晶面析出相的形核现象:(a){0l10}晶面沿<0001>方向一维形核;(b){0001}晶面内二维平面形核;(c)多层结构{0001}晶面二维台阶形核。这些形核方式相互配合,在很大程度上促进了碳化钨形成,加速了WC-Fe层厚化。此外,晶粒三维形貌包括六棱柱、三棱柱、长方体、盘状和多层结构。由于晶体不同晶面之间的竞争生长,导致形态变化。原位生长碳化钨晶粒粗化动力学研究表明:粗化速率依赖于温度,其值为K1000℃=9.98(μm3/h),K1050℃=42.56(μm3/h),K1100℃=442.07(μm3/h);由于析出相的拖拽效应降低了母相粗化驱动力,故粗化能垒较高(554.64 kJ/mol)。扩散控制的粗化机制导致晶粒相互镶嵌、共生生长,不同于Ostwald ripening粗化机理。纳米压痕结果显示1050 ℃下退火4 h硬质层的硬度和杨氏模量分别为18.66±1.57～29.84±8.17 GPa和524.20±45.23～662.23±126.26 GPa。硬质层发生断裂的临界载荷是450 mN,断裂韧性值为3.08 MPa·m1/2气由于压痕尺寸效应,维氏压头加载下,1050 ℃退火4 h和1100 ℃退火5 h硬质层的断裂韧性值随载荷变化分别是1.85～3.44 MPa·m1/2和4.88～6.16 MPa·m1/2。外在韧化机制是裂纹偏转和桥联。相比于1050 ℃,1100 ℃试样的韧性提高,主要归因于显微结构优化、碳化钨晶粒互相镶嵌以及晶面析出相,这些内在因素能抑制裂纹萌生和扩展,起到韧化效果。磨损结果表明WC-Fe层和基体的摩擦系数先增加后减小、最后达到稳定态。硬质层磨损率是基体的1.8.5%～34.3%,有效地提高了基体表面耐磨性。WC-Fe层损伤方式是颗粒变形、拔出、碾碎、疲劳断裂;基体则为塑性变形、犁沟、脱落、材料移除。硬质层磨损机理为磨粒磨损:小载荷时表面微凸起引起低应力两体磨粒磨损;较大载荷时磨屑引发高应力三体磨粒磨损。基体磨损机理为粘着磨损,并伴随磨粒磨损。
Abstract
tie ge jin sui ying yong an fan ,dan ji jiang du reng bu zu 。ji yu ci ,wei jiang hua tie ji ge jin biao mian ,huo de zeng ge li xue xing neng ,ben wen li yong tie ge jin zi shen gao tan han liang ,tong guo shen tan biao mian gai xing chu li ,yi ji da dao jiang ren hua biao mian mu de 。ben wen cai yong deng wen tui huo gong yi ,tong guo kuo san kong zhi de yuan wei fan ying zai gu tai xia san zu wen du 1000℃、1050 ℃he 1100 ℃Cfen bie bao wen 1 h、2h、3h、4hhe 5hzhi bei tie ji ge jin biao mian tan hua wu ying zhi ge jin ceng ;cai yong sao miao dian zi xian wei jing (SEM)、neng pu (EDS)、Xshe xian guang dian zi neng pu yi (XPS)、dian zi bei san she yan she (EBSD)he tou she dian jing (TEM)biao zheng ying zhi ceng zu zhi he wu li 、hua xue te xing ;ji yu Gibbszi you neng he kuo san li lun tao lun xiang zhuai hua ji WC-Fehe W2Cceng sheng chang dong li xue ;ji yu jing dian li lun miao shu tan hua wu jing li xing he 、sheng chang he xing mao yan hua ;tong guo ya hen fa ping gu ying zhi ceng de cheng zai neng li ;ji yu shi yan he ma ca xue li lun fen xi ying zhi ceng he ji ti zai gan ma ca xia de mo sun hang wei 。ben wen zhi zai jie shi tan hua wu ying zhi ceng xing cheng ji li ji zhun que ping gu ji li xue xing neng ,huo de yi xia jie lun :zhi bei de san zu shi yang ,1100℃ying zhi ceng ji jie mian que xian (kong xi 、wei lie wen )jian shao ,zu zhi de dao le you hua ,ji zong ceng hou cong 52.20±1.94 μmdao 197.86±2.23μm。xiang bi yu lei shi gang tie ji /tan hua wu tu ceng zhi bei ji shu ,ben wen cai yong de gong yi jian chan 、jing ji 。ying zhi ceng xiang zu cheng wei W2C、Fe2W2C、Fe3W3C、WChe αα-Fe。WCshi zhu dao xiang ,shao liang αα-Fecun zai yu WC/WCzhi jian ,W2Cyu Wpi lin ,W2Che WC-Fezhi jian wei fu xiang tan hua wu Fe2W2Chuo Fe3W3C。you yu shou wen du ying xiang ,fa sheng Fe2W2C→Fe3W3Czhuai bian 。W2C、Fe3W3C、WCer wei che cun sui tui huo shi jian er zeng jia ju WCzeng jia su lv zui kuai ;you jing li sheng chang yin qi de jing jie pian zhuai jiao wei 0～15°;W2Che WCjing mian qu xiang jie wei {0001},Fe3W3Cjing mian qu xiang wei {0001}huo {1010}。zai zhe ,tan hua wu jing xiang fa sheng zhuai bian ,WC:[0110]→[1210];W2C:[0001]→[01T0];Fe3W3C:[001]→[101]。zhe xie jun biao ming gong yi can shu dui tan hua wu jing li ze you sheng chang qu xiang ying xiang xian zhe 。W2Clv xian xing cheng ,WCzuo wei di er ge xiang chu xian 。WCkuai su sheng chang ,er W2Cxiang WCzhuai hua ,dao zhi da liang WChe shao liang W2Ctong shi cun zai ju xing cheng shuang ceng jie gou 。W2Cxiang WCzhuai bian de yi ge yuan yin shi W2Cde gong xi fen jie 。WC-Feceng sheng chang wan quan fu cong pao wu xian gui lv ,dan W2Cceng sheng chang bu wan quan zun xun pao wu xian gui lv ,yin wei W2Czai sheng chang de tong shi ye zai bei xiao hao 。tan zai W2Che WC-Feceng nei de kuo san ji zhi shi jing jie kuo san ,kuo san ji shu bian hua yi lai yu wen du ju DwC-Fe>DW2C。WC-Feceng sheng chang huo hua neng wei 286.71 kJ/mol,shi W2Cceng de 3bei (81.62 kJ/mol),biao ming yuan wei sheng cheng WC-Feceng bi W2Cceng xu yao ke fu jiao gao de neng liang shi lei 。suo huo W2Che WC-Feceng hou du yu tui huo shi jian 、wen du de han shu guan ji ke yu ce er zhe de sheng chang gui lv ,wei shi xian ke kong xing zhi bei he ying yong zuo zhi dao 。tan wu jing li XRDjie guo xian shi sui gong yi can shu bian hua ,Whe W2(Cjun xiang WCzhuai bian ,xiang zhuai hua ci xu wei W→W2C→WC。jing li leng zhu mian chang du Lhe ji mian ban jing rde ping jun zhi sui wen du 、shi jian er zeng jia 。zai zhe ,1100 ℃fa xian ying zhi ceng nei WCjing li {0001}he {0110}jing mian xi chu xiang de xing he xian xiang :(a){0l10}jing mian yan <0001>fang xiang yi wei xing he ;(b){0001}jing mian nei er wei ping mian xing he ;(c)duo ceng jie gou {0001}jing mian er wei tai jie xing he 。zhe xie xing he fang shi xiang hu pei ge ,zai hen da cheng du shang cu jin le tan hua wu xing cheng ,jia su le WC-Feceng hou hua 。ci wai ,jing li san wei xing mao bao gua liu leng zhu 、san leng zhu 、chang fang ti 、pan zhuang he duo ceng jie gou 。you yu jing ti bu tong jing mian zhi jian de jing zheng sheng chang ,dao zhi xing tai bian hua 。yuan wei sheng chang tan hua wu jing li cu hua dong li xue yan jiu biao ming :cu hua su lv yi lai yu wen du ,ji zhi wei K1000℃=9.98(μm3/h),K1050℃=42.56(μm3/h),K1100℃=442.07(μm3/h);you yu xi chu xiang de tuo ye xiao ying jiang di le mu xiang cu hua qu dong li ,gu cu hua neng lei jiao gao (554.64 kJ/mol)。kuo san kong zhi de cu hua ji zhi dao zhi jing li xiang hu rang qian 、gong sheng sheng chang ,bu tong yu Ostwald ripeningcu hua ji li 。na mi ya hen jie guo xian shi 1050 ℃xia tui huo 4 hying zhi ceng de ying du he yang shi mo liang fen bie wei 18.66±1.57～29.84±8.17 GPahe 524.20±45.23～662.23±126.26 GPa。ying zhi ceng fa sheng duan lie de lin jie zai he shi 450 mN,duan lie ren xing zhi wei 3.08 MPa·m1/2qi you yu ya hen che cun xiao ying ,wei shi ya tou jia zai xia ,1050 ℃tui huo 4 hhe 1100 ℃tui huo 5 hying zhi ceng de duan lie ren xing zhi sui zai he bian hua fen bie shi 1.85～3.44 MPa·m1/2he 4.88～6.16 MPa·m1/2。wai zai ren hua ji zhi shi lie wen pian zhuai he qiao lian 。xiang bi yu 1050 ℃,1100 ℃shi yang de ren xing di gao ,zhu yao gui yin yu xian wei jie gou you hua 、tan hua wu jing li hu xiang rang qian yi ji jing mian xi chu xiang ,zhe xie nei zai yin su neng yi zhi lie wen meng sheng he kuo zhan ,qi dao ren hua xiao guo 。mo sun jie guo biao ming WC-Feceng he ji ti de ma ca ji shu xian zeng jia hou jian xiao 、zui hou da dao wen ding tai 。ying zhi ceng mo sun lv shi ji ti de 1.8.5%～34.3%,you xiao de di gao le ji ti biao mian nai mo xing 。WC-Feceng sun shang fang shi shi ke li bian xing 、ba chu 、nian sui 、pi lao duan lie ;ji ti ze wei su xing bian xing 、li gou 、tuo la 、cai liao yi chu 。ying zhi ceng mo sun ji li wei mo li mo sun :xiao zai he shi biao mian wei tu qi yin qi di ying li liang ti mo li mo sun ;jiao da zai he shi mo xie yin fa gao ying li san ti mo li mo sun 。ji ti mo sun ji li wei nian zhao mo sun ,bing ban sui mo li mo sun 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自西安理工大学的蔡小龙，发表于刊物西安理工大学2019-07-19论文，是一篇关于碳化钨硬质层论文,扩散控制的反应论文,生长动力学论文,晶粒粗化论文,三维形貌论文,断裂韧性论文,摩擦磨损论文,西安理工大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自西安理工大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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