活塞杆局部表面耐磨耐蚀处理技术的试验研究

论文摘要

活塞杆是压缩机的重要零件之一,它在高温、高速、干摩擦和易被腐蚀的环境下工作。目前,国内压缩机活塞杆局部表面强化处理技术,主要有等离子喷涂WC涂层、镀硬铬和离子氮化等,存在处理成本高,环境污染严重,操作工艺复杂等缺陷。因此,迫切需要研发一种不但具有优良耐磨耐蚀性能,而且具有良好工艺性、低廉和环保特性的技术取而代之。本文以等离子喷涂Al2O3/TiO2涂层、n-SiC复合电刷镀层（NEPC）、等离子弧表面淬火层三种工艺为基本出发点,着重以活塞杆表面为研究对象,对涂层/镀层/淬火层在不同工况下的摩擦磨损特性进行了系统而细致的研究。实验结果表明:（1） Al2O3/TiO2涂层的摩擦系数随速度的增加而下降,随载荷的增加先降低后上升;Al2O3-13%TiO2、Al2O3-40%TiO2涂层在低P-V值条件下具有较低的摩擦系数与磨损率,而Al2O3-20%TiO2涂层与之相反。Al2O3/TiO2涂层的磨损机理主要为软化涂抹、陶瓷颗粒脱离及层状剥落。（2）纳米颗粒能显著地提高复合镀层的耐磨性;纳米复合镀层的磨损机理为磨粒磨损,而纯镍镀层的磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损。（3）等离子弧表面淬火获得的硬度和深度,足以满足压缩机活塞杆表面硬度与磨损尺寸技术要求;淬火层摩擦系数随速度的增加而下降,磨损率随速度与载荷的增加而上升;淬火层的磨损机理主要为磨粒磨损、塑性变形、粘着磨损和微观裂纹。从耐磨耐蚀性能的角度考虑,等离子喷涂Al2O3/TiO2涂层技术更适合于高速高载工况下的活塞杆局部表面强化。然而,在低载高速工况下,等离子弧表面淬火较适合于新活塞杆局部表面强化。从经济的角度考虑,NEPC可用于压缩机活塞杆磨损尺寸超差修补场合,等离子弧表面淬火适用于新活塞杆局部表面强化。从工艺环保的角度考虑,等离子弧表面淬火既具有简易的工艺操作性,又具有优良的环保性,在本课题的范围内,将是活塞杆局部表面强化的最佳技术选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究背景及意义
• 1.3 材料摩擦磨损的基础理论
• 1.3.1 摩擦
• 1.3.2 磨损
• 1.3.3 腐蚀
• 1.4 活塞杆的研究现状
• 1.4.1 活塞杆的服役情况及主要失效形式
• 1.4.2 活塞杆局部表面耐磨耐腐处理技术的现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 2O₃/TiO₂涂层技术方案'>第二章 等离子喷涂AL₂O₃/TiO₂涂层技术方案
• 2.1 等离子喷涂基本原理及特点
• 2.2 耐磨涂层的国内外研究现状
• 2O₃/TiO₂涂层的制备'>2.3 AL₂O₃/TiO₂涂层的制备
• 2.3.1 试验仪器
• 2.3.2 试验主要材料
• 2.3.3 试验方法
• 2.4 涂层性能的测定
• 2.4.1 涂层微观形貌
• 2.4.2 涂层孔隙率的测定
• 2.4.3 涂层厚度的测定
• 2.4.4 涂层结合强度的测定
• 2.4.5 涂层硬度的测定
• 2.5 干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究
• 2.5.1 模拟试验方法
• 2.5.2 载荷对摩擦系数的影响
• 2.5.3 速度对摩擦系数的影响
• 2.5.4 载荷与速度对摩擦系数的影响
• 2.5.5 载荷与速度对摩损率的影响
• 2.5.6 试样磨损表面形貌与磨损机理
• 2.6 涂层耐腐蚀性能研究
• 2.6.1 电化学试验
• 2.6.2 腐蚀失重试验
• 2.6.3 耐蚀机理
• 2.7 本章小结
• 第三章 复合电刷镀技术方案
• 3.1 复合电刷镀技术的基本原理及特点
• 3.2 复合电刷镀技术的研究现状
• 3.3 复合刷镀层的制备
• 3.3.1 试验仪器
• 3.3.2 试验主要材料
• 3.3.3 试验方法
• 3.4 镀层性能的检测
• 3.4.1 镀层表面形貌的观测与分析
• 3.4.2 镀层厚度的测定
• 3.4.3 镀层结合强度的测定
• 3.4.4 镀层硬度的测定
• 3.5 干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究
• 3.5.1 试验目的及方法
• 3.5.2 试验过程
• 3.5.3 试验结果
• 3.5.4 强化机理
• 3.5.5 镀层干摩擦磨损表面形貌与磨损机理
• 3.6 镀层耐蚀性能研究
• 3.6.1 电化学试验
• 3.6.2 中性盐雾试验（NSS）
• 3.6.3 腐蚀机理
• 3.7 本章小结
• 第四章 等离子弧表面淬火技术方案
• 4.1 等离子弧表面淬火基本原理及特点
• 4.2 等离子弧表面淬火国内外研究现状
• 4.3 等离子弧表面淬火试样的制备
• 4.3.1 试验仪器
• 4.3.2 试验主要材料
• 4.3.3 试验方法
• 4.4 等离子弧表面淬火层性能的检测
• 4.4.1 硬化层深度的测量
• 4.4.2 硬化层硬度的测量
• 4.4.3 对试样波度的影响
• 4.5 组织分析
• 4.5.1 宏观组织分析
• 4.5.2 微观组织分析
• 4.6 干摩擦磨损模拟试验及磨损机理研究
• 4.6.1 模拟试验方法
• 4.6.2 载荷与速度对摩擦系数的影响
• 4.6.3 载荷与速度对磨损率的影响
• 4.6.4 磨损机理
• 4.7 淬火层耐腐蚀性能研究
• 4.7.1 电化学试验
• 4.7.2 中性盐雾试验
• 4.7.3 腐蚀机理
• 4.8 本章小结
• 第五章 三种技术方案的综合评比
• 5.1 涂层/镀层/淬火层基本性能的比较
• 5.1.1 硬度的比较
• 5.1.2 厚度/深度的比较
• 5.1.3 结合强度的比较
• 5.1.4 摩擦系数与磨损率的比较
• 5.1.5 耐腐蚀性能的比较
• 5.2 涂层/镀层/淬火层的经济性比较
• 5.3 涂层/镀层/淬火层的工艺环保性比较
• 5.4 涂层/镀层/淬火层的适用场合
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文