45鋼滲Zr合金層摩擦磨損性能及電化學(xué)性能研究.pdf

1、45鋼作為一種優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較為優(yōu)良的切削加工性能和良好的機械性能，被廣泛應(yīng)用在機械制造業(yè)及汽車等領(lǐng)域。但45鋼相對較差的耐磨損能力和耐腐蝕性能，大大地限制了其在特殊環(huán)境中的應(yīng)用。
　　本課題采用雙輝等離子滲金屬技術(shù)對45鋼進(jìn)行了等離子滲Zr處理。分別研究了800℃-950℃滲金屬溫度對Zr合金化層組織、成分、結(jié)構(gòu)和硬度的影響，并且對合金化層形成機制進(jìn)行了研究。通過對比分析45鋼基材及其不同溫度滲Zr試樣在不同載荷下的摩擦

2、磨損性能以及在0.5 mol/L的H2SO4溶液中的電化學(xué)腐蝕性能，分別探討了Zr合金層摩擦學(xué)性能和耐腐蝕性能的改善機理。得出如下主要結(jié)論:
　　(1)利用雙輝等離子滲金屬技術(shù)在45鋼表面滲Zr，可以在其表面形成連續(xù)均勻致密并且與基體以擴散連接的滲Zr合金層。經(jīng)過800℃-950℃不同溫度滲Zr處理后，在45鋼基材表面形成的Zr合金層厚度在5μm-21μm之間。并且隨著滲金屬溫度的增加，形成的Zr合金層的厚度也隨之增加。不同溫度下

3、形成的Zr合金層均由Zr2Fe、ZrC、ZrC0.7、Fe3C組成。
　　(2)45鋼經(jīng)過不同溫度滲Zr處理后的表面硬度較未處理的基材均有顯著的提高。45鋼基材的硬度約為217HV0.025，而800℃-950℃滲Zr后的表面硬度值為673HV0.025～893HV0.025。滲Zr處理后硬度的增加主要是與Zr的固溶強化作用以及硬質(zhì)ZrCx的形成有關(guān)。
　　(3)不同溫度滲Zr試樣在載荷為1N和2N時的摩擦系數(shù)分別在0.08

4、-0.4以及0.1-0.4之間波動，均小于相同實驗條件下45鋼基材的平均摩擦系數(shù)(0.55和0.5)。850℃、900℃以及950℃滲Zr試樣在1N載荷下比磨損率分別是45鋼基材的12.1％、3.2％以及2.3％，在2N載荷下的比磨損率分別是45鋼基材的6.7％、3.8％以及2.9％，起到了良好的耐磨以及減摩效果。
　　載荷為5N時，850℃和900℃滲Zr層被磨穿，摩擦系數(shù)較大，但比磨損率分別是45鋼基材的20.7％和77.6％

5、，仍有一定的耐磨作用。950℃滲Zr試樣的摩擦系數(shù)(0.25)明顯小于45鋼基材(0.5)，體積磨損量是45鋼基材的9.1％，減摩和耐磨性得到一定的改善。Zr的固溶強化作用以及Zr的碳化物析出是45鋼滲Zr后摩擦學(xué)性能提高的重要原因。此外，摩擦過程中滲Zr試樣表面形成的ZrO2薄膜同樣對試樣起到了一定的保護(hù)作用。
　　(4)45鋼經(jīng)不同溫度滲Zr后的試樣在H2SO4腐蝕液中的耐腐蝕性能較未處理的45鋼基材得到了明顯的提高，其中95

6、0℃滲Zr試樣的耐腐蝕性能最佳。不同溫度滲Zr試樣自腐蝕電位較45鋼基材明顯正移。與45鋼基材相比，滲Zr試樣的腐蝕電流密度明顯下降。從鈍化電流密度來看，850℃滲Zr試樣鈍化電流密度大于基材，900℃和950℃滲Zr試樣的鈍化電流密度小于基材。且不同溫度滲Zr試樣均發(fā)生了二次鈍化，二次鈍化所對應(yīng)的電流密度明顯小于同電壓對應(yīng)下的45鋼基材。不同溫度滲Zr試樣交流阻抗譜的電阻值均大于未處理的45鋼基材。Zr是一種活潑金屬，滲Zr試樣暴露在