本文主要研究内容
作者郑孝义（2019）在《铝及铝合金基体含氮电弧制备陶瓷强化表面层的组织与性能》一文中研究指出：铝及铝合金具有比强度高、耐热性强和加工性能好等优点,是重要的高性能结构金属,也成为汽车轻量化优选材料,因此铝合金也是汽车工业最受欢迎的材料之一。但由于铝及其合金材料的表面硬度低、耐磨损性能差,限制了其在工程机械中的应用。氮化铝(AlN)具有高硬度、耐磨损、耐高温及较好的化学稳定性等特点,是理想的硬质涂层材料。因此,以铝合金材料为基体,采取有效手段在其表面制备含陶瓷增强相的复合表面层,力求在保持基体材料一系列优秀品质的基础上,提高表面的耐磨损性能。充分利用铝合金密度小、重量轻的优点,又可以提高零件的可靠性和使用寿命,这对于促进铝合金在机械工业中尤其是汽车行业中的应用,具有重要的理论意义和实用价值。本文采用直/交流含氮电弧氮化技术在1060纯铝、6082铝合金及Al-Si合金表面制备AlN增强表面层,并采用预敷钛合金粉末的方式,在1060纯铝表面制备含有AlN及TiN陶瓷增强相复合材料表面层,旨在研究铝及铝合金表面陶瓷增强表面层的微观结构及形成机制,揭示氮气含量及电弧电流等参数对陶瓷增强表面层微观结构及性能的影响规律。采用直流含氮电弧在1060纯铝、6082铝合金及Al-Si合金表面制备AlN增强表面层。1060纯铝和6082铝合金陶瓷强化表面层均由AlN相和α-Al固溶体相组成且微观形貌相似。根据微观结构特点,可以将陶瓷增强表面层分为中上方的AlN和α-Al固溶体交替分布的层状结构区、下方的AlN树枝晶区和底部的AlN小颗粒或柱状晶组成的过渡区三部分。而Al-Si合金陶瓷强化表面层主要由AlN、α-Al固溶体和Si相组成。陶瓷增强表面层的微观结构由上部粗大的AlN枝晶区、中部的AlN和铝硅共晶物交替分布的层状结构区和底部细小AlN树枝晶组成的过渡区组成。铝基体直流含氮电弧制备陶瓷增强表面层主要是熔池中铝熔体通过过渡区及枝晶区AlN形成的微观通道的毛细作用向上传质,并与扩散进入熔池中的N发生氮化反应形成的。根据不同基体上陶瓷增强表面层微观结构不同的特点,提出了铝及铝合金表面直流氮电弧制备AlN增强表面层的形成机理。直流含氮电弧氮化技术能够明显提高铝及铝合金表面的硬度及抗磨损性能。1060纯铝和6082铝合金陶瓷增强表面层的硬度分布呈上凸的抛物线形状,这主要由于陶瓷强化层上部由AlN增强相和α-Al固溶体组成的层状结构,且α-Al固溶体较多,导致表层硬度低。表面层中部主要为AlN树枝晶组织,使强化层硬度提高。随着深度增加,AlN树枝晶尺寸减小,氮化层硬度逐渐降低。Al-Si合金陶瓷增强表面层外表面硬度最高,随着深度的增加硬度逐渐降低。电弧气氛中氮气含量对陶瓷增强表面层的微观组织和性能有明显影响。随着电弧气氛中氮气比例的增加,陶瓷增强表面层的平均硬度增加,耐磨性相应提高。当氮气与氩气比例为3/1时,1060纯铝陶瓷增强表面最高硬度为690HV,相对耐磨性为基体的7倍;6082铝合金陶瓷增强表面层最高硬度为400HV,相对耐磨性为基体的2倍。Al-Si合金陶瓷增强表面最高硬度665HV,抗磨损性能提高到基体的6倍。随着电弧电流由70A增大到130A,Al-Si合金陶瓷强化层中的AlN树枝晶含量先增加后下降。电弧电流为90A时,陶瓷强化层中AlN枝晶组织最多,平均硬度最高,耐磨性最好,为基体的8倍。所以在全氮气直流氮电弧氮化条件下,电弧电流为90A比较适宜。采用交流含氮电弧氮化技术,在1060纯铝和6082铝合金基体制备AlN增强表面层,表面层由AlN相和α-Al固溶体相组成。陶瓷增强表面层的微观组织比较均匀,主要由细小的AlN柱状晶和AlN小颗粒状组成的有规律重复分布的层状结构组成。随着电弧气氛中氮气比例的增加,1060纯铝基体交流氮电弧制备的陶瓷增强表面层的平均硬度和抗磨损性能都增加,当氮气与氩气比例为7/3时,相对耐磨性约为基体的1.7倍。对于6082铝合金基体交流氮电弧制备的陶瓷增强表面层,当氮气和氩气比例为1/1时,强化层的硬度较高,抗磨损性能较好,约为基体的2倍。与直流含氮电弧制备的陶瓷增强表面层相比,交流陶瓷增强表面层的厚度较小,平均硬度和耐磨性与基体相比提高幅度较小。但交流强化层的表面质量成形较好,表面层的微观组织均匀细小,在提高铝及铝合金基体表面耐磨性的同时,获得表面成形质量较好的陶瓷增强表面层,具有实用价值。采用直流电弧技术在纯铝基体预敷钛制备陶瓷增强表面层。在电弧气氛为全氩气条件下,表面层由Al-Ti化合物及Al固溶体组成,Al-Ti化合物增强相使表面层硬度平均值为232 HV,相对耐磨性高达4.56,比纯铝基体提高了四倍多。在电弧气氛中加入氮气条件下,表面层上部形成由AlN和Al固溶体组成的氮化区,在氮化区下方形成细条状的Al-Ti金属间化合物,并与一些Al固溶体共存,形成Al-Ti金属间化合物与Al固溶体混合组织区。但氮气比例提高使表面层性能降低,到氮气比例为3/12时,相对耐磨性仅为1.61。继续提高氮气比例,表面层的性能有一定回升,氮气比例达到6/12时,相对耐磨性提高到2.60。在纯铝基体预敷钛粉或钛合金粉,用双电弧熔化与氮化系统对试块进行表面处理条件下,表面层由层状氮化区、混合组织区和两区之间的过渡区域组成。层状氮化区由AlN、(Al,Ti)N和Al固溶体相组成;混合组织区由Al-Ti金属间化合物与Al固溶体组成;过渡区域由Al-Ti化合物、(Al,Ti)N、AlN和Al固溶体相组成。过渡区中高熔点的Al-Ti化合物和(Al,Ti)N及AlN相,及低熔点的Al固溶体结晶温度区间不同,呈周期性分布。纯氩气熔覆时表面层的强化相主要为高硬度的Al-Ti化合物,显微硬度最高、耐磨性最好。电弧气氛中加入少量氮气时,表面层的显微硬度和相对耐磨性下降,继续增加氮气比例,显微硬度和相对耐磨性回升。预敷钛合金粉,当氮气比例增加到7/12时,表面层的相对耐磨性高达5.16。随着电弧中氮气比例增加,表面层上部微观组织和性能随之改变。不加入氮气时以Al-Ti金属间化合物为主,其硬度高,耐磨性好,但容易出现裂纹等缺陷;加入少量氮气后,上部氮化区以AlN相为主,同时从铝基体熔池向上涌出较多Al熔体使氮化区增厚,因此硬度降低耐磨性下降;氮气比例增大,上部氮化区为AlN和较多(Al,Ti)N复合氮化物组织,Al固溶体比例下降,导致表面层硬度和耐磨性回升。所以陶瓷强化表面层的显微硬度和耐磨性均呈先下降后回升的变化。双电弧熔化与氮化系统比直流单电弧制备的表面层耐磨性有所提高。
Abstract
lv ji lv ge jin ju you bi jiang du gao 、nai re xing jiang he jia gong xing neng hao deng you dian ,shi chong yao de gao xing neng jie gou jin shu ,ye cheng wei qi che qing liang hua you shua cai liao ,yin ci lv ge jin ye shi qi che gong ye zui shou huan ying de cai liao zhi yi 。dan you yu lv ji ji ge jin cai liao de biao mian ying du di 、nai mo sun xing neng cha ,xian zhi le ji zai gong cheng ji xie zhong de ying yong 。dan hua lv (AlN)ju you gao ying du 、nai mo sun 、nai gao wen ji jiao hao de hua xue wen ding xing deng te dian ,shi li xiang de ying zhi tu ceng cai liao 。yin ci ,yi lv ge jin cai liao wei ji ti ,cai qu you xiao shou duan zai ji biao mian zhi bei han tao ci zeng jiang xiang de fu ge biao mian ceng ,li qiu zai bao chi ji ti cai liao yi ji lie you xiu pin zhi de ji chu shang ,di gao biao mian de nai mo sun xing neng 。chong fen li yong lv ge jin mi du xiao 、chong liang qing de you dian ,you ke yi di gao ling jian de ke kao xing he shi yong shou ming ,zhe dui yu cu jin lv ge jin zai ji xie gong ye zhong you ji shi qi che hang ye zhong de ying yong ,ju you chong yao de li lun yi yi he shi yong jia zhi 。ben wen cai yong zhi /jiao liu han dan dian hu dan hua ji shu zai 1060chun lv 、6082lv ge jin ji Al-Sige jin biao mian zhi bei AlNzeng jiang biao mian ceng ,bing cai yong yu fu tai ge jin fen mo de fang shi ,zai 1060chun lv biao mian zhi bei han you AlNji TiNtao ci zeng jiang xiang fu ge cai liao biao mian ceng ,zhi zai yan jiu lv ji lv ge jin biao mian tao ci zeng jiang biao mian ceng de wei guan jie gou ji xing cheng ji zhi ,jie shi dan qi han liang ji dian hu dian liu deng can shu dui tao ci zeng jiang biao mian ceng wei guan jie gou ji xing neng de ying xiang gui lv 。cai yong zhi liu han dan dian hu zai 1060chun lv 、6082lv ge jin ji Al-Sige jin biao mian zhi bei AlNzeng jiang biao mian ceng 。1060chun lv he 6082lv ge jin tao ci jiang hua biao mian ceng jun you AlNxiang he α-Algu rong ti xiang zu cheng ju wei guan xing mao xiang shi 。gen ju wei guan jie gou te dian ,ke yi jiang tao ci zeng jiang biao mian ceng fen wei zhong shang fang de AlNhe α-Algu rong ti jiao ti fen bu de ceng zhuang jie gou ou 、xia fang de AlNshu zhi jing ou he de bu de AlNxiao ke li huo zhu zhuang jing zu cheng de guo du ou san bu fen 。er Al-Sige jin tao ci jiang hua biao mian ceng zhu yao you AlN、α-Algu rong ti he Sixiang zu cheng 。tao ci zeng jiang biao mian ceng de wei guan jie gou you shang bu cu da de AlNzhi jing ou 、zhong bu de AlNhe lv gui gong jing wu jiao ti fen bu de ceng zhuang jie gou ou he de bu xi xiao AlNshu zhi jing zu cheng de guo du ou zu cheng 。lv ji ti zhi liu han dan dian hu zhi bei tao ci zeng jiang biao mian ceng zhu yao shi rong chi zhong lv rong ti tong guo guo du ou ji zhi jing ou AlNxing cheng de wei guan tong dao de mao xi zuo yong xiang shang chuan zhi ,bing yu kuo san jin ru rong chi zhong de Nfa sheng dan hua fan ying xing cheng de 。gen ju bu tong ji ti shang tao ci zeng jiang biao mian ceng wei guan jie gou bu tong de te dian ,di chu le lv ji lv ge jin biao mian zhi liu dan dian hu zhi bei AlNzeng jiang biao mian ceng de xing cheng ji li 。zhi liu han dan dian hu dan hua ji shu neng gou ming xian di gao lv ji lv ge jin biao mian de ying du ji kang mo sun xing neng 。1060chun lv he 6082lv ge jin tao ci zeng jiang biao mian ceng de ying du fen bu cheng shang tu de pao wu xian xing zhuang ,zhe zhu yao you yu tao ci jiang hua ceng shang bu you AlNzeng jiang xiang he α-Algu rong ti zu cheng de ceng zhuang jie gou ,ju α-Algu rong ti jiao duo ,dao zhi biao ceng ying du di 。biao mian ceng zhong bu zhu yao wei AlNshu zhi jing zu zhi ,shi jiang hua ceng ying du di gao 。sui zhao shen du zeng jia ,AlNshu zhi jing che cun jian xiao ,dan hua ceng ying du zhu jian jiang di 。Al-Sige jin tao ci zeng jiang biao mian ceng wai biao mian ying du zui gao ,sui zhao shen du de zeng jia ying du zhu jian jiang di 。dian hu qi fen zhong dan qi han liang dui tao ci zeng jiang biao mian ceng de wei guan zu zhi he xing neng you ming xian ying xiang 。sui zhao dian hu qi fen zhong dan qi bi li de zeng jia ,tao ci zeng jiang biao mian ceng de ping jun ying du zeng jia ,nai mo xing xiang ying di gao 。dang dan qi yu ya qi bi li wei 3/1shi ,1060chun lv tao ci zeng jiang biao mian zui gao ying du wei 690HV,xiang dui nai mo xing wei ji ti de 7bei ;6082lv ge jin tao ci zeng jiang biao mian ceng zui gao ying du wei 400HV,xiang dui nai mo xing wei ji ti de 2bei 。Al-Sige jin tao ci zeng jiang biao mian zui gao ying du 665HV,kang mo sun xing neng di gao dao ji ti de 6bei 。sui zhao dian hu dian liu you 70Azeng da dao 130A,Al-Sige jin tao ci jiang hua ceng zhong de AlNshu zhi jing han liang xian zeng jia hou xia jiang 。dian hu dian liu wei 90Ashi ,tao ci jiang hua ceng zhong AlNzhi jing zu zhi zui duo ,ping jun ying du zui gao ,nai mo xing zui hao ,wei ji ti de 8bei 。suo yi zai quan dan qi zhi liu dan dian hu dan hua tiao jian xia ,dian hu dian liu wei 90Abi jiao kuo yi 。cai yong jiao liu han dan dian hu dan hua ji shu ,zai 1060chun lv he 6082lv ge jin ji ti zhi bei AlNzeng jiang biao mian ceng ,biao mian ceng you AlNxiang he α-Algu rong ti xiang zu cheng 。tao ci zeng jiang biao mian ceng de wei guan zu zhi bi jiao jun yun ,zhu yao you xi xiao de AlNzhu zhuang jing he AlNxiao ke li zhuang zu cheng de you gui lv chong fu fen bu de ceng zhuang jie gou zu cheng 。sui zhao dian hu qi fen zhong dan qi bi li de zeng jia ,1060chun lv ji ti jiao liu dan dian hu zhi bei de tao ci zeng jiang biao mian ceng de ping jun ying du he kang mo sun xing neng dou zeng jia ,dang dan qi yu ya qi bi li wei 7/3shi ,xiang dui nai mo xing yao wei ji ti de 1.7bei 。dui yu 6082lv ge jin ji ti jiao liu dan dian hu zhi bei de tao ci zeng jiang biao mian ceng ,dang dan qi he ya qi bi li wei 1/1shi ,jiang hua ceng de ying du jiao gao ,kang mo sun xing neng jiao hao ,yao wei ji ti de 2bei 。yu zhi liu han dan dian hu zhi bei de tao ci zeng jiang biao mian ceng xiang bi ,jiao liu tao ci zeng jiang biao mian ceng de hou du jiao xiao ,ping jun ying du he nai mo xing yu ji ti xiang bi di gao fu du jiao xiao 。dan jiao liu jiang hua ceng de biao mian zhi liang cheng xing jiao hao ,biao mian ceng de wei guan zu zhi jun yun xi xiao ,zai di gao lv ji lv ge jin ji ti biao mian nai mo xing de tong shi ,huo de biao mian cheng xing zhi liang jiao hao de tao ci zeng jiang biao mian ceng ,ju you shi yong jia zhi 。cai yong zhi liu dian hu ji shu zai chun lv ji ti yu fu tai zhi bei tao ci zeng jiang biao mian ceng 。zai dian hu qi fen wei quan ya qi tiao jian xia ,biao mian ceng you Al-Tihua ge wu ji Algu rong ti zu cheng ,Al-Tihua ge wu zeng jiang xiang shi biao mian ceng ying du ping jun zhi wei 232 HV,xiang dui nai mo xing gao da 4.56,bi chun lv ji ti di gao le si bei duo 。zai dian hu qi fen zhong jia ru dan qi tiao jian xia ,biao mian ceng shang bu xing cheng you AlNhe Algu rong ti zu cheng de dan hua ou ,zai dan hua ou xia fang xing cheng xi tiao zhuang de Al-Tijin shu jian hua ge wu ,bing yu yi xie Algu rong ti gong cun ,xing cheng Al-Tijin shu jian hua ge wu yu Algu rong ti hun ge zu zhi ou 。dan dan qi bi li di gao shi biao mian ceng xing neng jiang di ,dao dan qi bi li wei 3/12shi ,xiang dui nai mo xing jin wei 1.61。ji xu di gao dan qi bi li ,biao mian ceng de xing neng you yi ding hui sheng ,dan qi bi li da dao 6/12shi ,xiang dui nai mo xing di gao dao 2.60。zai chun lv ji ti yu fu tai fen huo tai ge jin fen ,yong shuang dian hu rong hua yu dan hua ji tong dui shi kuai jin hang biao mian chu li tiao jian xia ,biao mian ceng you ceng zhuang dan hua ou 、hun ge zu zhi ou he liang ou zhi jian de guo du ou yu zu cheng 。ceng zhuang dan hua ou you AlN、(Al,Ti)Nhe Algu rong ti xiang zu cheng ;hun ge zu zhi ou you Al-Tijin shu jian hua ge wu yu Algu rong ti zu cheng ;guo du ou yu you Al-Tihua ge wu 、(Al,Ti)N、AlNhe Algu rong ti xiang zu cheng 。guo du ou zhong gao rong dian de Al-Tihua ge wu he (Al,Ti)Nji AlNxiang ,ji di rong dian de Algu rong ti jie jing wen du ou jian bu tong ,cheng zhou ji xing fen bu 。chun ya qi rong fu shi biao mian ceng de jiang hua xiang zhu yao wei gao ying du de Al-Tihua ge wu ,xian wei ying du zui gao 、nai mo xing zui hao 。dian hu qi fen zhong jia ru shao liang dan qi shi ,biao mian ceng de xian wei ying du he xiang dui nai mo xing xia jiang ,ji xu zeng jia dan qi bi li ,xian wei ying du he xiang dui nai mo xing hui sheng 。yu fu tai ge jin fen ,dang dan qi bi li zeng jia dao 7/12shi ,biao mian ceng de xiang dui nai mo xing gao da 5.16。sui zhao dian hu zhong dan qi bi li zeng jia ,biao mian ceng shang bu wei guan zu zhi he xing neng sui zhi gai bian 。bu jia ru dan qi shi yi Al-Tijin shu jian hua ge wu wei zhu ,ji ying du gao ,nai mo xing hao ,dan rong yi chu xian lie wen deng que xian ;jia ru shao liang dan qi hou ,shang bu dan hua ou yi AlNxiang wei zhu ,tong shi cong lv ji ti rong chi xiang shang chong chu jiao duo Alrong ti shi dan hua ou zeng hou ,yin ci ying du jiang di nai mo xing xia jiang ;dan qi bi li zeng da ,shang bu dan hua ou wei AlNhe jiao duo (Al,Ti)Nfu ge dan hua wu zu zhi ,Algu rong ti bi li xia jiang ,dao zhi biao mian ceng ying du he nai mo xing hui sheng 。suo yi tao ci jiang hua biao mian ceng de xian wei ying du he nai mo xing jun cheng xian xia jiang hou hui sheng de bian hua 。shuang dian hu rong hua yu dan hua ji tong bi zhi liu chan dian hu zhi bei de biao mian ceng nai mo xing you suo di gao 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自吉林大学的郑孝义，发表于刊物吉林大学2019-06-25论文，是一篇关于铝及铝合金论文,含氮电弧论文,陶瓷增强论文,微观组织论文,性能论文,吉林大学2019-06-25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，资料来自吉林大学2019-06-25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。