陶瓷基自潤滑復合涂層的激光制備及其摩擦學機理研究.pdf

1、為獲得摩擦表面高硬度、耐磨損，并具有一定自潤滑性能的功能復合涂層，提高極端工況下摩擦材料的綜合性能，本文采用激光表面工程技術(shù)，在金屬基體表面制備陶瓷基自潤滑復合涂層。 論文首先分析了陶瓷、金屬、潤滑劑等復合材料各組分之間的熱力學相容性、共存性、匹配性以及液固相之間的潤濕性，預測了高能束作用下可能發(fā)生的相變、分解、燒損、蒸發(fā)、化學反應等，并對金屬/陶瓷相間的界面結(jié)合形式進行了研究，給出了復合材料配比。 利用有限元方法，對激

2、光表面改性過程的溫度場、應力場進行了三維模擬研究，建立了分析模型，編制、調(diào)試了有限元分析程序。通過改變涂層材料性能、配比，調(diào)節(jié)熔覆過程參數(shù)，分析了激光熔覆過程中溫度場、應力場的分布，預測了熔池的輪廓、熱影響區(qū)的寬度、交界面的結(jié)合情況等，為選擇激光熔覆工藝參數(shù)、預測涂層組織、獲得良好的熔覆質(zhì)量提供了理論依據(jù)。并對激光表面改性熔池流場進行了研究，分析了流場對涂層形成特征的影響。 選用Si3N4和TiB2兩種陶瓷、石墨和Ni包石墨分別

3、作為潤滑劑，采用激光合金化、激光熔覆和等離子噴涂激光重熔三種不同的工藝來制備涂層，進行了試驗研究。利用光學顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計、XRD衍射儀、EDX能譜等，分析了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)、成分、力學性能、界面形態(tài)及其形成機制等；通過摩擦磨損試驗，測定了其摩擦學性能，分析了磨損表面形貌及減摩抗磨機理。 分析結(jié)果表明，激光合金化Si3N4/石墨復合涂層，合金化層的硬度和耐磨性較基體大幅提高，主要是彌散固溶體的強化作用和高硬度碳化物

4、的存在。涂層中彌散分布的石墨充當潤滑劑的作用，是摩擦系數(shù)減小的主要原因。 9Cr18不銹鋼表面激光合金化、激光熔覆和激光重熔TiB2/石墨復合材料，在合適的工藝參數(shù)下，都能獲得組織致密、無裂紋的復合涂層，并且都能原位合成TiC。涂層中硬質(zhì)相和潤滑相同時存在，其硬度和耐磨性都明顯高于未改性的基體，并具有良好的減摩性能。 在干摩擦條件下，激光表面改性技術(shù)制備的TiB2/石墨復合涂層，摩擦表面的石墨潤滑膜以及NiO等金屬氧化物