點(diǎn)焊電極表面電火花沉積TiC、TiB2涂層結(jié)構(gòu)和性能的研究.pdf

1、鍍鋅鋼板在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了提高鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極的使用壽命，在電極表面通過(guò)電火花沉積制備了Tic涂層和TiB2涂層。本文系統(tǒng)地研究了沉積工藝對(duì)不同涂層結(jié)構(gòu)和性能的影響并正交試驗(yàn)優(yōu)化了沉積工藝，分析TiC涂層、TiB2涂層的微觀結(jié)構(gòu)，探討了制備TiB2涂層時(shí)中間層Ni和TiC的制備技術(shù)，以及沉積過(guò)程中涂層材料的轉(zhuǎn)移過(guò)程及影響因素，考察了不同涂層電極點(diǎn)焊鍍鋅鋼板時(shí)的壽命，得到了如下的主要研究結(jié)果：
　　 1.單次放電的Ti

2、C陶瓷沉積點(diǎn)為直徑約1.2mm的島嶼，中央是致密的小平臺(tái)，邊緣呈放射潑濺狀。無(wú)數(shù)個(gè)單脈沖沉積點(diǎn)堆積形成了整個(gè)涂層，因此涂層微觀上呈魚(yú)鱗狀，表面粗糙不平。
　　 2.涂層電極橫截面呈現(xiàn)典型的四區(qū)結(jié)構(gòu)，從表到里依次為涂層、過(guò)渡層、熱影響區(qū)和基體。涂層平均厚度為20μm-40μm；涂層和基體材料在過(guò)渡層中發(fā)生了擴(kuò)散和合金化，X射線衍射和EDS能譜分析表明，基體中的Cu擴(kuò)散到了涂層表面，并形成梯度分布；基體與涂層之間形成了牢固的冶金結(jié)合

3、；熱影響區(qū)中基體的原始組織在電火花放電能量作用下發(fā)生再結(jié)晶導(dǎo)致晶粒大大細(xì)化，但其深度小于100μm，故對(duì)基體的影響可以忽略。由于元素?cái)U(kuò)散和熱應(yīng)力導(dǎo)致的涂層裂紋，涂層試樣的硬度由表及里呈梯度分布。
　　 3.在點(diǎn)焊電極表面電火花沉積TiC、TiB2涂層時(shí)，熔敷棒材料向基體發(fā)生非線性的重量轉(zhuǎn)移，沉積速度逐漸降低，并在90s-120s后趨于穩(wěn)定。沉積TiB2涂層時(shí)，涂層試樣重量逐漸降低。影響涂層材料轉(zhuǎn)移的因素有電極腐蝕、涂層材料氧化、

4、熔敷棒對(duì)基體的切削作用和涂層的脆性脫落和。造成TiB2涂層重量降低的主要原因是涂層的氧化和脆性脫落，使用Ar保護(hù)可以免除氧化，使TiB2涂層試樣重量增加。
　　 4.電火花沉積工藝對(duì)涂層的結(jié)構(gòu)和成分有明顯的影響。隨著電容和電壓的增加，脈沖放電能量增大，涂層熱應(yīng)力和脆性加大，裂紋和分層增加。在試驗(yàn)條件下(電容2000μF-4000μF和輸出電壓16V-22V)TiC涂層基本無(wú)氧化，由于TiB2的熱穩(wěn)定性比TiC差，因此相同條件下制

5、備的TiB2涂層出現(xiàn)明顯氧化，生成的B2O3部分揮發(fā)，部分以玻璃態(tài)附著在涂層表面。降低電壓和電容可減輕TiB2涂層的氧化，采用Ar保護(hù)制備TiB2涂層，可以獲得無(wú)氧化的。TiB2涂層。
　　 5.電火花沉積工藝對(duì)涂層的硬度和厚度有明顯影響。實(shí)驗(yàn)條件下，電容是影響涂層硬度和厚度的主要因素，隨著電容和電壓的增加，TiC涂層和TiB2涂層的厚度與硬度均下降?；w的旋轉(zhuǎn)速度和沉積時(shí)間對(duì)涂層厚度和硬度的影響較小。試驗(yàn)條件下優(yōu)化的沉積工藝是

6、：制備TiC涂層時(shí)，電容2000μF，沉積時(shí)間120s，基體轉(zhuǎn)速3000 r.min-1，輸出電壓18V；制備TiB2涂層時(shí)使用較低的輸出電壓(14V-16V)。
　　 6.預(yù)涂覆Ni層結(jié)構(gòu)致密，無(wú)裂紋和分層。因?yàn)镹i的塑性和韌性好，在電火花沉積過(guò)程中熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力很容易通過(guò)缺陷的運(yùn)動(dòng)或變形來(lái)釋放，因此不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。TiC和TiB2涂層中均產(chǎn)生明顯的微觀裂紋，是因?yàn)榇嘈源蟮奶沾赏繉拥膬?nèi)應(yīng)力無(wú)法通過(guò)變形來(lái)

7、釋放，應(yīng)力集中到一定程度便產(chǎn)生了裂紋。
　　 沉積TiB2時(shí)涂層與基體界面產(chǎn)生分層，在中間層Ni上沉積TiB2涂層，獲得了結(jié)構(gòu)比較致密的涂層。在中間層TiC表面沉積TiB2涂層時(shí)，涂層界面結(jié)合改善，硬度增加。由于TiC的熱障作用，在基體的熱影響區(qū)形成了細(xì)晶組織，并外延生成出了柱狀晶。
　　 7.涂層能夠提高電極的使用壽命。試驗(yàn)條件下無(wú)涂層電極、TiC涂層電極、TiB2/Ni涂層電極、TiB2/TiC涂層電極和TiB2+T

8、iC混合涂層電極點(diǎn)焊鍍鋅鋼板的壽命分別是200點(diǎn)、400點(diǎn)、600點(diǎn)、900點(diǎn)和1000點(diǎn)。涂層電極失效的機(jī)制包括塑性變形、合金化、熱疲勞和磨損。涂層提高了電極的耐磨性，降低了焊點(diǎn)向電極的熱傳導(dǎo)從而減輕了電極的塑性變形，阻礙了鋼板與電極元素的合金化，從而提高了電極壽命。涂層增加了電極的電阻，焊接時(shí)產(chǎn)生更大熱量，提高了焊點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度。TiB2涂層電極的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性比。TiC涂層的好，點(diǎn)焊壽命高。中間層Ni和TiC改善了涂層與基體的界面結(jié)