銅合金表面鑄滲工藝及滲層性能的研究.pdf

1、銅具有很好的傳導(dǎo)性以及較好的機(jī)械性能，因而銅合金是工業(yè)中不可缺少的金屬材料。近幾年來(lái)，銅價(jià)的大幅度攀升進(jìn)一步提高了銅合金零部件的成本，大部分零部件的服役條件要求工件表面耐磨、耐高溫、耐蝕等，因此表面改性是延長(zhǎng)銅合金零部件使用壽命、降低其使用成本的有效途徑。目前，銅合金的表面改性方法主要有：電鍍、氣相沉積、多元共滲(熱處理法)等，采用這些方法得到的表面改性層或因殘余應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂、脫落，或改性層較薄達(dá)不到預(yù)期的改性效果等缺點(diǎn)。鑄滲法表面改

2、性可以解決這些問(wèn)題，但迄今為止關(guān)于鑄滲的研究?jī)H限于在鑄鋼、鑄鐵的表面改性，銅及銅合金良好的導(dǎo)熱性(銅合金的熱導(dǎo)率是鋼鐵的5倍)使得在其表面形成滲層的條件極其苛刻。本文以銅合金為基體金屬，采用負(fù)壓鑄滲技術(shù)制備了鎳基合金、鐵基合金以及鎳/氧化鋁三種銅合金表面鑄滲層，研究了影響滲層形成以及滲層質(zhì)量的工藝因素、滲層的組織以及性能。 本文首先考察了各種工藝參數(shù)對(duì)銅合金表面鑄滲層的形成以及滲層質(zhì)量的影響。不同工藝參數(shù)的鑄滲結(jié)果表明：影響滲層

3、形成的因素較多，主要有負(fù)壓度、澆注溫度、粘結(jié)劑種類、鑄件模數(shù)、預(yù)熱溫度、滲劑顆粒的粒度以及預(yù)制層的厚度等，其中影響滲層形成的主要因素有負(fù)壓度、澆注溫度以及滲劑顆粒的粒度，其它因素對(duì)于滲層的形成不起決定的作用，但對(duì)于改善滲層的質(zhì)量以及增加滲層的厚度具有積極的促進(jìn)作用。 通過(guò)對(duì)鎳基合金滲層的組織和性能的研究結(jié)果表明：從微觀形貌看滲層可以分為三層，即表面燒結(jié)層(SSL)、冶金結(jié)合層(MFL)以及擴(kuò)散固溶層(DSSL)；滲層的主要組成相

4、為鎳基固溶體、硬質(zhì)相硼化物CrB、金屬間化合物Cr<,3>Ni<,2>以及銅基固溶體，滲層的形成機(jī)制為完全熔化冶金熔合滲層形成機(jī)制；鎳基合金滲層的表面宏觀硬度為HRC 55.0左右，其顯微硬度呈梯度變化；三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表明滲層與基體的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)高于電鍍層或化學(xué)鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；以鎳基合金粉末為滲劑得到滲層的抗高溫氧化性能比基體提高了兩倍以上；鎳基合金滲層在800℃與室溫冷水10℃的條件下的熱疲勞性能好，熱循環(huán)次數(shù)均在130次以上，表面

5、有不同程度的氧化和少量的微裂紋，但滲層不會(huì)剝落。鐵基合金粉末作為滲劑制備的滲層具有均一的結(jié)構(gòu)特征，其組成為：未完全熔化的滲劑顆粒、滲劑顆粒表面熔化并熔合過(guò)程中生成的強(qiáng)化相以及固溶體；滲層的主要組成相為：鎳鐵、鎳鉻鐵合金、低熔點(diǎn)的鋁/硅共晶體、銅基固熔體等，未熔顆粒的組織主要為過(guò)共晶萊氏體以及碳化物；滲層的形成機(jī)制為部分熔化局部冶金熔合滲層形成機(jī)制；滲層的表面宏觀硬度為HRC 55.0左右，其顯微硬度呈梯度變化；表面有滲層的試樣的彎曲強(qiáng)度

6、與基體相比有不同程度的提高；以鐵基合金粉末為滲劑得到的滲層的抗高溫氧化性能與基體相比并無(wú)提高；鐵基合金滲層在800℃與室溫冷水10℃的條件下的熱疲勞性能與鎳基滲層相比有所下降，但熱循環(huán)次數(shù)均在80次以上，表面有不同程度的氧化和大量網(wǎng)狀的縱向微裂紋，進(jìn)而在滲層與基體的界面結(jié)合處萌生水平裂紋。 鎳/氧化鋁復(fù)合粉末為滲劑制備的滲層結(jié)構(gòu)可分為兩層：Ni/Al<,2>O<,3>復(fù)合滲層，與基體結(jié)合界面處的過(guò)渡層；滲層的主要組成相為：Al<

7、,2>O<,3>顆粒、金屬間化合物Ni<,31>Si<,12>、 Ni<,3>B，另外還有Ni-Cr-Fe合金，Ni(Cr)以及Ni(Cu)固溶體和銅基固溶體，滲層的形成機(jī)制為合金粉末熔化包覆不熔陶瓷顆粒的復(fù)合滲層形成機(jī)制；滲層的表面宏觀硬度可達(dá)到HRC 65.0，其顯微硬度呈梯度變化，不同氧化鋁含量的表面滲層的最大顯微硬度不同，但是其分布趨勢(shì)類似；三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表明：滲層的破壞分兩種情況，氧化鋁含量小于等于20％的滲層的裂紋主要為縱向裂