Cr3C2-Ni粉末化学镀及其在激光熔覆中的应用

论文摘要

陶瓷材料具有高熔点、高强度、耐磨损和耐腐蚀等诸多金属材料难以达到的优点,但同时也有脆性大、加工困难等缺点制约其应用。材料表面工程就是要通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况,以获得综合性能优异的表面。本研究尝试用化学镀法制备的低合金比例陶瓷微粉作为激光熔覆材料,在碳钢表面制备涂层,该涂层融合了合金涂层的强韧性、易加工性与陶瓷涂层耐高温、耐磨损的特性。本文采用低温超声化学镀的方法,在微米级的Cr3C2陶瓷粉体上均匀包覆延性金属镍层,成功制备出Cr3C2-Ni包覆复合粉体,粉体表面的纳米金属镍颗粒排列致密均匀。制备过程中突破性地优化了预处理工艺,从传统的粗化、敏化、活化3步精简为仅需1步粗化,不仅环保更节约资源。采用化学镀法制备的Cr3C2-Ni包覆复合粉末直接作为激光熔覆材料而无需添加合金粉末,利用Cr3C2陶瓷粉体表面金属镍层作为熔覆过渡层,很好地改善了陶瓷与金属基体的浸润性,成功获得了Cr3C2-Ni复合涂层。当激光功率2.0kW、激光扫描速度500mm·min-1、光斑直径4mm时,获得的熔覆层组织均匀细致,与基体的边界连续清晰,结合紧密,形成冶金结合;得益于未熔硬质Cr3C2粒子和韧性金属相的配合,熔覆层平均硬度为Hv0.11073.5,约基体硬度的5倍;表面摩擦状态稳定,摩擦系数约为0.4,磨损较轻微,磨损表面平滑无犁沟,具有良好的耐磨性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 化学镀法制备金属-陶瓷包覆复合粉末
• 1.2.1 化学镀原理与特征
• 1.2.2 化学镀工艺及影响因素
• 1.2.3 陶瓷超微粉体表面化学镀
• 1.3 金属-陶瓷微粉的特性及其在激光熔覆技术中的应用
• 1.3.1 金属-陶瓷的定义及特性
• 1.3.2 金属-陶瓷微粉的应用及发展趋势
• 1.3.3 激光表面处理技术
• 1.3.4 激光表面熔覆技术的特点及应用现状
• 1.4 本课题研究目的及内容
• 第二章 实验原料及测试仪器
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.3 测试仪器
• 2.3.1 金相显微镜（OM）
• 2.3.2 体视显微镜（SM）
• 2.3.3 场发射扫描电子显微镜（FESEM）
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）
• 2.3.5 表面维氏显微硬度（HV）
• 2.3.6 摩擦磨损试验仪
• 3C₂-Ni包覆复合粉末'>第三章 化学镀法制备Cr₃C₂-Ni包覆复合粉末
• 3.1 实验材料、装置及流程
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 化学镀装置与流程
• 3C₂粉末化学镀镍预处理方法的研究'>3.2 Cr₃C₂粉末化学镀镍预处理方法的研究
• 3C₂粉末化学镀镍预处理的意义'>3.2.1 Cr₃C₂粉末化学镀镍预处理的意义
• 3C₂粉末化学镀镍活化工艺的研究'>3.2.2 Cr₃C₂粉末化学镀镍活化工艺的研究
• 3.2.3 结果与讨论
• 3C₂粉末低温超声化学镀镍的研究'>3.3 Cr₃C₂粉末低温超声化学镀镍的研究
• 3C₂粉末低温超声化学镀镍工艺设计'>3.3.1 Cr₃C₂粉末低温超声化学镀镍工艺设计
• 3C₂粉末低温超声化学镀镍结果'>3.3.2 Cr₃C₂粉末低温超声化学镀镍结果
• 3.4 本章小结
• 3C₂-Ni包覆复合粉末在激光熔覆中的应用'>第四章 Cr₃C₂-Ni包覆复合粉末在激光熔覆中的应用
• 4.1 实验方法及工艺参数
• 4.1.1 实验材料及方法
• 4.1.2 激光熔覆工作参数
• 3C₂-Ni熔覆层的性能'>4.2 Cr₃C₂-Ni熔覆层的性能
• 3C₂-Ni熔覆层的相结构'>4.2.1 Cr₃C₂-Ni熔覆层的相结构
• 3C₂-Ni熔覆层的显微组织'>4.2.2 Cr₃C₂-Ni熔覆层的显微组织
• 3C₂-Ni熔覆层的微区成分分析'>4.2.3 Cr₃C₂-Ni熔覆层的微区成分分析
• 3C₂-Ni熔覆层的硬度梯度'>4.2.4 Cr₃C₂-Ni熔覆层的硬度梯度
• 3C₂-Ni熔覆层的摩擦磨损性能'>4.2.5 Cr₃C₂-Ni熔覆层的摩擦磨损性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录Ⅰ.攻读硕士期间发表的论文和专利