HVOF喷涂自润滑复合涂层的形成机理及特性研究

论文摘要

由于汽车等产品的轻量化发展趋势,比强度高的铝合金板的温成形工艺应用越来越广,其中润滑是关键之一。目前通常是在板材表面涂刷润滑脂,导致生产效率低下、环境污染严重、产品质量不稳等问题。因此,为了避免润滑剂高温时应用带来的一系列负作用,寻找新的可替代的润滑材料是一个非常值得期待的努力方向。本文采用高能球磨——喷雾干燥团聚——真空微波烧结的方法,首次将多种超微自润滑粉末与Ni45或Ni60A自熔性合金粉末进行复合,制备出满足HVOF喷涂要求的Ni基复合粉末。并借助超音速火焰喷涂技术（High Velocity Oxygen Fuel,简称HVOF）在Fe基表面制备了组织均匀、摩擦性能优异的Ni基固体自润滑复合涂层。并对Ni基复合粉末在HVOF喷涂下的熔化——撞击变形行为、涂层形成机理,涂层组织和摩擦磨损特性等展开了研究,为拓展新型减摩耐磨Ni基复合涂层的应用打下坚实的基础。设计了水冷装置收集喷涂时的复合粒子,首次对该新型的超微自润滑复合粉末的粒子熔化、撞击形态进行了观察,科学地解释了Ni基润滑复合喷涂用粉的熔化、变形及涂层成形机理。结果表明,在一定的喷涂距离下,沉积的复合粒子由完全熔化、半熔化的变形颗粒组成,部分粒子在撞击变形是形成了中空的扁平粒子;对于Ni基复合团聚粉末而言,喷涂距离在150～250mm之间粒子的扁平化较好。对Ni-5wt。%CaF2-10wt。%WS2复合团聚粉末的正交实验表明,对涂层孔隙率具有影响的喷涂工艺参数顺序依次是:煤油流量＞送粉率＞喷涂距离;而对涂层结合强度影响的工艺参数顺序依次是:煤油流量＞喷涂距离＞送粉率。该类Ni基自润滑复合粉末能够较好地原位沉积,复合涂层组织均匀,孔隙率较低,结合强度较高。复合涂层的结合强度受材料特性和喷涂工艺参数的影响比较大,Ni基hBN涂层的结合强度普遍要比Ni基CaF2-WS2涂层的低;对于Ni60A基CaF2-WS2粉末,HVOF喷涂时的煤油流量越大,涂层结合强度有增加的趋势,最大结合强度为52.9MPa。涂层的断裂主要是解理或准解理脆性断裂。对Ni基复合涂层的摩擦磨损性能测试表明:而且在相同的hBN比例下,Ni60A基复合涂层要比Ni45基复合涂层的磨损性能优越。但其摩擦系数均不低于0.4,磨损机制主要是剥落磨损。Ni基CaF2-WS2涂层的摩擦性能均比Ni基hBN涂层要优异。Ni45-5wt。%CaF2-10wt。%WS2涂层的室温摩擦系数基本稳定在0.46～0.48,而Ni45-10wt。%CaF2-5wt。%WS2涂层室温及400℃时的摩擦系数分别为0.32～0.39,0.32～0.38;Ni60A基CaF2-WS2涂层的室温摩擦系数最低达到0.22～0.28;而400℃时,其摩擦系数为0.37～0.4,摩擦系数随着WS2含量的增加而降低。室温时,涂层的磨损机制主要是剥落磨损,而400℃时,涂层的磨损机制主要是剥落、粘着或磨粒磨损。实验结果表明,采用HVOF喷涂技术将超微自润滑复合粉末成功地制备了高温摩擦磨损性能优异的复合涂层,在新材料和新工艺方面的结合进行了有价值的尝试和探讨,具有一定的理论和良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 固体自润滑复合涂层的研究进展
• 1.3 超音速火焰喷涂涂层制备技术
• 1.4 镍基固体润滑复合涂层
• 1.5 论文选题依据及研究内容
• 2 自润滑复合涂层制备实验方案
• 2.1 实验材料、设备及方法
• 2.2 涂层组织及性能的表征
• 2.3 本章小结
• 3 HVOF喷涂前驱体粉末制备及特性
• 3.1 原始粉末特性
• 3.2 喷涂前驱体粉末的制备
• 3.3 喷雾干燥团聚、烧结粉末的形貌及相组成
• 3.4 粉末粒度分布及流动性能
• 3.5 本章小结
• 4 HVOF喷涂复合涂层的形成机制
• 4.1 影响HVOF喷涂涂层性能的主要因素
• 4.2 HVOF喷涂超微复合粉末的熔化—变形行为研究
• 4.3 本章小结
• 5 HVOF喷涂Ni基固体自润滑涂层组织结构
• 5.1 前言
• 5.2 HVOF喷涂涂层的组织结构
• 5.3 Ni基复合涂层组织结构影响因素分析
• 5.4 HVOF喷涂正交实验的设计
• 5.5 本章小结
• 6 HVOF喷涂Ni基固体自润滑涂层性能研究
• 6.1 Ni基固体自润滑涂层结合强度
• 6.2 Ni基固体自润滑涂层摩擦特性
• 6.3 本章小结
• 7 总结及展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 攻博期间发表的学术论文