激光强化Ni-P-Al2O3纳米化学复合镀层的组织与性能研究

论文摘要

当今社会发展日新月异,尤其是工业上对工件特别是石油、化工、机械等行业设备中的关键零部件的表面性能要求越来越高,一般意义上的表面改性方式已经不能满足当今的性能需求,激光技术的发展为解决这个问题提供了新的方向。本论文结合高功率强激光束的作用特性,采用激光为热源,以激光热处理技术为工艺基础,对Ni-P-Al2O3化学复合镀层的激光处理进行了研究,以不同的激光工艺参数对镀层进行了扫描处理,并借助于SEM、XRD、摩损试验机以及电化学腐蚀试验设备对激光处理以后的复合镀层的成分、组织、结构、以及耐磨性能、耐电化学腐蚀性能做了综合分析,并将其与常规的炉中热处理进行了简单对比。通过试验和分析得出以下结论:1纳米复合镀Al2O3层经过连续CO2激光处理后,表面呈微波纹状,平整光滑,晶粒得到了极大的细化;处理层成分较为均匀;复合镀层间隙和微小裂纹得以消除;纳米Al2O3颗粒主要弥散在处理层胞状晶尖端表面,并作为异质形核的核心促进了材料的形核。2激光处理层组织从表层向里依次为:长条状的胞状晶区,粗大的柱状晶区以及细小的等轴晶区;物相组成为:Ni3P,Ni5P2,Fe,Ni以及Al2O3。3激光处理层显微硬度最高为基体的3.5倍;平均摩擦系数和失重分别为基体的5/6和3/4,耐磨性得到较大的提高;其自腐蚀电位为1.5V左右,远远大于基体材料的0.1V,耐电化学腐蚀性也得以很大程度上的提高。4激光处理纳米复合镀层的强化机理是由Al2O3粒子的弥散强化、组织的细晶强化、以及强化相Ni3P共同作用的结果;最佳激光工艺条件为功率P=2000W,扫描速度v=500mm/min,功率密度为104W/cm2。5激光处理纳米复合镀层的硬度,耐磨性,耐电化学腐蚀性随着激光比能量λ的变化而出现一个最佳值。根据以上的试验结果,该值为λ=22,激光工艺参数应该在该最佳值附近确定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纳米复合涂层的制备方法、类型及应用现状
• 1.2.1 纳米复合强化涂层的制备方法
• 1.2.2 纳米复合强化涂层的类型及特点
• 1.2.3 纳米复合强化涂层的性能和应用
• 1.3 化学镀概述
• 1.3.1 化学镀的发展概况
• 1.3.2 化学镀镍的特点及应用
• 1.4 化学复合镀概述
• 1.4.1 化学复合镀的特点
• 1.4.2 化学复合镀的分类
• 1.5 镀层的激光加热处理
• 1.5.1 激光表面处理概述
• 1.5.2 激光表面处理的分类和应用
• 1.5.3 激光表面处理的工艺参数
• 1.5.4 激光处理复合涂层的现状
• 1.6 课题提出的意义、研究内容和技术路线
• 1.6.1 课题提出的目的与意义
• 1.6.2 本课题研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 第二章 实验内容与方法
• 2.1 实验材料、药品及仪器
• 2.1.1 实验对象
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 化学复合镀配方、工艺流程及装置
• 2.2.1 化学复合镀配方分析
• 2.2.2 化学复合镀工艺过程
• 2.2.2.1 化学复合镀试样前处理
• 2.2.2.2 化学复合镀工艺参数
• 2.2.3 化学复合镀装置
• 2.3 镀层的加热处理
• 2.3.1 镀层的炉内加热处理
• 2.3.2 镀层的激光加热处理
• 2.4 成分分析与性能测试
• 2.4.1 镀层的硬度
• 2.4.2 镀层的厚度
• 2.4.3 镀层的表面形貌与物相结构
• 2.4.4 耐磨性分析
• 2.4.5 耐蚀性分析
• 第三章 显微组织分析
• 3.1 前言
• 3.2 化学复合镀层的表面形态
• 3.2.1 镀层的厚度
• 3.2.2 镀层的表面形貌
• 3.2.3 镀层的表面能谱成分
• 3.2.4 镀后的显微组织分析
• 3.3 激光加热处理对镀层的影响
• 3.3.1 激光加热处理的工艺参数
• 3.3.2 激光加热处理后镀层的表面形貌及物相
• 3.3.3 激光加热处理后镀层的横截面组织形貌
• 3.3.4 激光加热处理后镀层的能谱分析
• 3.3.5 激光加热处理后镀层的显微组织分析
• 3.3.6 不同比能量下的激光处理层的组织与形貌变化
• 3.3.6.1 激光比能量概念的引入
• 3.3.6.2 不同比能量下的组织与形貌变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 激光处理化学复合镀层的性能研究
• 2O₃化学复合镀层的硬度'>4.1 激光处理Ni-P-Al₂O₃化学复合镀层的硬度
• 2O₃化学复合镀层的摩擦磨损性能'>4.2 激光处理Ni-P-Al₂O₃化学复合镀层的摩擦磨损性能
• 2O₃化学复合镀层的耐电化学腐蚀性能分析'>4.3 激光处理Ni-P-Al₂O₃化学复合镀层的耐电化学腐蚀性能分析
• 4.3.1 极化现象与极化曲线简介
• 2O₃化学复合镀层的耐电化学腐蚀性能'>4.3.2 激光处理Ni-P-Al₂O₃化学复合镀层的耐电化学腐蚀性能
• 2O₃化学复合镀层的性能的影响'>4.4 不同比能量对Ni-P-Al₂O₃化学复合镀层的性能的影响
• 4.4.1 表面硬度
• 4.4.2 耐磨性
• 4.4.3 耐电化学腐蚀性
• 4.4.4 关于搭接的思考
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 下一步工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文