自润滑激光熔覆层的制备及其组织与性能研究

论文摘要

航空发动机是飞机的心脏，其工作可靠稳定性关乎飞机飞行安全。飞机发动机主轴密封环很容易磨损，从而影响飞机的安全。激光表面熔覆技术是以激光为热源，在材料表面形成高性能熔覆层的一种新型表面改性技术。因此本文提出引入“硬质润滑层”技术思路，采用激光表面改性技术，可望解决航空发动机主轴金属环因表面磨损而导致密封性能下降的问题。本文采用沈阳大陆激光厂生产的CO2激光器，用预置涂粉的方法制备熔覆层。利用金相显微镜（OM），XRD，SEM研究其组织结构，通过测量材料的硬度、摩擦磨损系数与曲线来表征熔覆层材料的性能。主要的研究工作如下：（1）在不同的激光工艺条件下，预置涂粉中加入各种物质进行激光熔覆实验。熔覆层与基体形成了冶金结合，当功率为1.5KW时形成的熔覆层最好。熔覆层显微组织主要有平面晶和树枝晶共同组成；通过XRD，SEM能够在熔覆层中找到MoS2、WC、TiC等物质。激光熔覆后材料表面的硬度提高，最高硬度值851.12HV。（2）在最佳激光工艺参数下，研究单物质对熔覆层硬度等摩擦磨损性能的影响。随着MoS2的增加熔覆层的硬度有所下降，摩擦系数逐渐下降，磨损率先增后减。当MoS2为13.04%时，摩擦性能最好；随着WC的增加熔覆层的硬度增加，熔覆层的摩擦系数和磨损率也逐渐减少。纳米洋葱的加入使得熔覆层的硬度降低，熔覆层的摩擦系数也比较小。镍包裹处理后使得材料的硬度提升，摩擦系数下降，磨损率也下降。（3）通过球磨改变物质混料方式从而影响熔覆层的摩擦磨损性能。当二硫化钼球磨240min时，摩擦系数下降了32.14%，磨损率减少了61.85%。当MoS2添加量为16.67%时，比纯F313熔覆层摩擦系数下降了32.79%，磨损率减少了75.92%。当金刚石为2.91%时，摩擦系数比纯F313熔覆层下降了37.85%，磨损率减少了80.54%。石墨球磨3h时，熔覆层的摩擦系数，比纯F313熔覆层下降26.35%，磨损率减少了79.77%；石墨和基体共同球磨3h时，熔覆层的摩擦系数，比纯F313熔覆层下降28.61%，磨损率减少了76.11%；

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 摩擦学
• 1.2 表面工程及其激光熔覆
• 1.2.1 表面工程简介
• 1.2.2 激光表面熔覆技术的优点
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容及拟解决的问题
• 第2章 实验研究方案
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 激光熔覆层基体粉末
• 2.1.2 硬质相粉末
• 2.1.3 软质相粉末
• 2.2 实验研究方案
• 2.2.1 实验方案设计
• 2.2.2 熔覆层的形貌观察
• 2.2.3 熔覆层的分析测试
• 2.2.4 熔覆层的结构表征
• 2.2.5 熔覆层的硬度测试
• 2.2.6 熔覆层的摩擦磨损性能测试
• 2.2.7 熔覆层的磨损机理分析
• 第3章 激光熔覆层的制备及其微观组织结构分析
• 3.1 激光熔覆层的制备
• 3.1.1 激光器简介
• 3.1.2 熔覆层的制备过程
• 3.2 实验现象描述
• 3.3 激光熔覆层的微观组织形貌观察
• 3.4 激光熔覆层的微观结构表征
• 3.5 激光熔覆层的硬度测定
• 3.6 本章小结
• 第4章 激光熔覆层的摩擦磨损性能研究
• 4.1 不同物质加入对摩擦磨损的影响
• 4.1.1 X70 基体摩擦磨损性能分析
• 4.1.2 不同添加物熔覆层的摩擦磨损性能分析
• 4.1.3 掺入不同量二硫化钼熔覆层的摩擦磨损性能分析
• 4.1.4 掺入不同量 WC 激光熔覆层的摩擦磨损性能
• 4.1.5 掺入纳米洋葱熔覆层的摩擦性能
• 4.2 球磨后不同物质的加入对摩擦磨损的影响
• 4.2.1 二硫化钼球磨时间对熔覆层摩擦磨损性能的影响
• 4.2.2 MoS2的含量对熔覆层摩擦磨损性能的影响
• 4.2.3 金刚石的含量对熔覆层摩擦磨损性能的影响
• 4.2.4 石墨不同球磨时间对熔覆层摩擦磨损性能的影响
• 4.2.5 石墨和基体共同球磨不同时间对熔覆层摩擦性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 激光熔覆层的减摩抗磨机理分析
• 5.1 二硫化钼物质加入后减摩机理分析
• 5.1.1 掺入不同量二硫化钼熔覆层的磨损表面
• 5.1.2 球磨掺入不同量 MoS2熔覆层的磨损表面
• 5.1.3 MoS2不同球磨时间掺入后熔覆层的磨损表面
• 5.2 碳化钨加入后减摩机理分析
• 5.3 金刚石加入后减摩机理分析
• 5.3.1 掺入纳米洋葱熔覆层的磨损表面
• 5.3.2 掺入不同量金刚石熔覆层的磨损表面
• 5.4 石墨加入后后减摩机理分析
• 5.4.1 掺入石墨不同球磨时间熔覆层的磨损表面
• 5.4.2 石墨和基体共同球磨不同时间熔覆层的磨损表面
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简介