中型表面納米化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及冷氣動(dòng)力噴涂、金屬表面納米化研究.pdf

1、本文基于寶鋼集團(tuán)“納米及亞微米鋼鐵材料與納米技術(shù)在鋼鐵企業(yè)研究(BG020101)”和“冷氣動(dòng)力噴涂修復(fù)結(jié)晶輥和結(jié)晶器”課題研究需要，設(shè)計(jì)建造了寶鋼研究院中型表面納米化實(shí)驗(yàn)室塈超音速冷氣動(dòng)力噴涂平臺(tái)；利用新建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展了一系列冷氣動(dòng)力噴涂和表面納米化處理的研究工作；借助于掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射和顯微硬度計(jì)等設(shè)備，分別對(duì)冷噴涂層和表面納米化層的微結(jié)構(gòu)特征及力學(xué)性能進(jìn)行了表征，分析了工藝參數(shù)對(duì)冷噴涂層質(zhì)量或納米化處理效果的影響。

2、 以微粒轟擊系統(tǒng)為核心設(shè)備的中型表面納米化實(shí)驗(yàn)室具有冷氣動(dòng)力噴涂及金屬表面納米化處理兩種功能。設(shè)備經(jīng)調(diào)試達(dá)到或部分超過了設(shè)計(jì)功能，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成功制備了Ni、Cu合金冷噴涂層；實(shí)現(xiàn)了調(diào)質(zhì)態(tài)40 Cr的表面納米化處理。 通過對(duì)粒子撞擊基板后粒子嵌入形貌、彈坑形貌、結(jié)合率以及涂層厚度的分析，研究了工藝參數(shù)對(duì)冷噴涂層質(zhì)量的影響?；逍再|(zhì)、工作氣體壓力和溫度等對(duì)冷噴涂層與基底結(jié)合力及涂層的沉積率有著顯著的影響。工作

3、氣體壓力必須達(dá)到某一臨界壓力才能使粒子和基板產(chǎn)生有效的結(jié)合，臨界壓力以上繼續(xù)提高壓力對(duì)粒子飛行速度影響不大。提高工作氣體溫度可顯著提高粒子與基板的結(jié)合率，提高粉末的沉積率。 由于粉末力學(xué)性質(zhì)不同，相同工藝下制得Ni涂層的致密度明顯優(yōu)于Cu合金涂層；Cu合金涂層顆粒碰撞界面處存在明顯的縫隙，嚙合不嚴(yán)密。冷噴涂Ni涂層宏觀組織均勻，但微觀組織卻有明顯差異。距離界面越近，晶粒的變形程度越嚴(yán)重，晶粒細(xì)化也越明顯；界面處，微觀組織以帶狀晶

4、形貌和等軸晶形貌為主。 由于加工硬化，冷噴涂層的硬度明顯高于相應(yīng)粉末的硬度；涂層硬度沿深度方向分布均勻，無明顯的梯度分布。涂層抗拉強(qiáng)度沿深度方向具有一定差異。當(dāng)采用Al基體時(shí)，沿深度方向涂層中部的抗拉強(qiáng)度明顯高于表層及底部，其原因可能是中部微鍛效應(yīng)效果明顯。 經(jīng)過超音速微粒轟擊表面納米化處理處理后，調(diào)質(zhì)態(tài)40Cr鋼表面形成15μm厚的表面納米化層；轟擊影響區(qū)可分為納米晶表面層、過渡區(qū)和基體三個(gè)部分。納米晶表面層晶粒直徑為

5、3～5nm，晶粒尺寸隨著距表面深度的增加而逐漸增大。表面納米晶層中滲碳體和鐵素體均被細(xì)化到納米級(jí)，且最表層滲碳體可能出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。 納米晶層的顯微硬度為525MPa，為基體顯微硬度的2倍，并隨著深度的增加迅速降低。納米化樣品的耐磨性能和疲勞性能較未處理樣品亦有較大的提高。對(duì)40Cr鋼表面納米化過程可能的機(jī)理進(jìn)行了分析。表面層晶粒在粒子轟擊下發(fā)生強(qiáng)烈的局部塑性變形，形成位錯(cuò)；位錯(cuò)形成位錯(cuò)列、位錯(cuò)帶和位錯(cuò)網(wǎng)，相互交織、纏結(jié)，割裂滲碳