基于電子束的40Cr表面涂層制備工藝及性能研究.pdf

1、40Cr作為一種中碳鋼,擁有較好的綜合機械性能,經濟實用,被廣泛應用于機械制造行業(yè)中。但由于其表面硬度不足,難以滿足一些要求較高的場合,需要進一步提高其表面的性能及耐磨性。目前傳統(tǒng)、單一的處理方法難以滿足工藝要求,而電子束改性和涂層工藝相結合為解決這一問題提供了新的途徑。
　　電子束工藝可以對材料表面進行凈化,增加材料表層硬度,并在材料表面形成大量熔坑,增大鍍層界面的接觸面積,從而增加結合力。鍍層以后進行電子束處理,能夠形成鍍層重

2、熔擴散,形成冶金結合。本課題受國家自然科學基金面上項目(“超細晶齒面梯度涂層工藝及齒輪性能研究”(編號:51275548))資助,主要研究材料工藝復合及其性能部分。通過磁控濺射工藝制備Cr涂層,選擇不同參數(shù)的電子束處理作為輔助手段,設計了兩條方案對以電子束為輔助手段在40Cr表面制備涂層的工藝和其性能進行研究。方案一:電子束預處理表面Cr層;方案二:表面涂覆Cr層后電子束重熔。
　　論文的主要工作有:
　　(1)40Cr表面

3、電子束預處理后涂覆Cr層后的工藝及性能研究。研究電子束參數(shù)對材料表面形貌的影響規(guī)律,分析不同參數(shù)下對材料硬度影響、結合力改善狀況等。
　　(2)40Cr表面涂覆Cr層后電子束重熔的工藝及性能研究。在材料表面進行鍍層,利用電子束照射使鍍層表面重熔,研究電子束照射能量和電子束照射次數(shù)對涂層質量的影響,獲得使涂層質量最優(yōu)的工藝參數(shù)。
　　(3)不同工藝下的涂層的摩擦磨損性能研究。對不同工藝條件下的涂層表面進行摩擦磨損性能試驗研究,

4、分析工藝對其摩擦系數(shù)、磨痕寬度和磨損量等的影響規(guī)律,并尋找使涂層硬度分布最合理的最優(yōu)化涂層工藝。
　　研究結果表明,40Cr表面電子束預處理后涂覆Cr層工藝條件下,在相同電壓、次數(shù)下,隨著試樣尺寸增大,照射后表面硬度也變大,同時表面出現(xiàn)硬度分布不均勻情況,表面邊緣處硬度大于中心部位。且隨著照射次數(shù)的增加,結合力也會增加;相比沒有電子束預處理情況,涂層結合力也提高了33.3％到50%。電子束預處理后的鍍層表面平均摩擦系數(shù)要高于未經過

5、電子束預處理的鍍層表面,且摩擦系數(shù)波動比未電子束處理的鍍層表面平緩,當延長初磨階段時間時,磨損體積則隨著照射次數(shù)的增加出現(xiàn)波動,摩擦磨損性能得到提高。
　　40Cr表面涂覆Cr層后電子束重熔工藝條件下,表面會產生白亮區(qū)域,白亮區(qū)域的Cr元素含量是周圍區(qū)域的3倍,而其顯微硬度低于周圍區(qū)域,會降低材料表面的硬度性能。Cr涂層經電子束重熔能夠促進涂層與基體之間產生冶金結合,提高涂層結合力。隨著脈沖電壓增加,會對Cr元素的擴散深度產生促進