液相脈沖放電制備鈦多元陶瓷涂層及其性能研究.pdf

1、液相脈沖放電沉積陶瓷涂層是一種新的金屬材料表面改性技術(shù)，在國內(nèi)外研究報(bào)告中的尚不多見，尤其對于制備多元陶瓷涂層的方法更為稀少。本課題在普通電火花機(jī)床上，通過液相脈沖放電的方法，在45#鋼表面制備了多元的陶瓷涂層。應(yīng)用有限元數(shù)值模擬的方法，對涂層表面溫度場進(jìn)行了模擬，探討了工具電極、液體介質(zhì)和放電參數(shù)等對沉積涂層的形貌、成分以及物相的影響，對涂層的硬度及其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 (1)采用有限元分析軟件ANSYS對液相脈沖電

2、火花放電表面溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬，選取合適的熱源模型、熱邊界條件、建立了液體介質(zhì)中在45#鋼表面進(jìn)行脈沖放電沉積TiC陶瓷涂層的熱傳導(dǎo)模型；研究了脈沖電流參數(shù)對溫度場和涂層表面形貌的影響。結(jié)果表明：工具電極的最高溫度遠(yuǎn)高于工件的最高溫度；溫度均在軸向上降低較快，而在徑向上溫度分布較均勻；最高溫度隨加工電流的增加呈緩慢下降趨勢；隨脈沖電流的增大，沉積到工件上的火山口狀的涂層顆粒明顯增大。
　　 (2)通過液相脈沖放電沉積涂層的方法在

3、45#鋼工件表面沉積(Ti，Al)C陶瓷涂層。通過粉末壓制成型后經(jīng)過真空燒結(jié)制成工具電極，對工具電極的密度和致密度，物相及其組織形貌進(jìn)行了研究；在不同脈沖放電參數(shù)下沉積了多元陶瓷涂層，對多元涂層的表面及截面形貌，成分變化及其物相組成進(jìn)行了研究；對涂層的硬度以及不同工藝下的涂層的摩擦學(xué)特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：工具電極的密度和相對密度都隨著Al含量升高而降低，在Al含量為60％時(shí)，密度達(dá)到臨界值，其主要物相也由Ti、Ti3Al、TiAl向

4、Ti、TiAl、TiAl3轉(zhuǎn)變；涂層表面呈現(xiàn)熔滴型火山口狀的微觀形貌，隨著工具電極Al含量的增多，熔滴的尺寸越來越大，厚度約為20μm左右；涂層中主要含有Ti、Al、C、Fe等元素，主要物相為(Ti，Al)C以及少量的Fe；涂層表面硬度平均高達(dá)1800HV0.2，為基體硬度的5倍左右；摩擦系數(shù)曲線顯示：45#鋼的摩擦系數(shù)最高，在I(A)=8，Ton(μs)=20，Toff(μs)=20和I(A)=12，Ton(μs)=80，Toff(μ

5、s)=150兩種方案下制備的涂層的初始摩擦系數(shù)最低，耐摩擦性能最好，可以承受80N載荷下的時(shí)間最長。
　　 (3)通過液相脈沖放電沉積涂層的方法在45#鋼表面沉積了Ti(C，N)陶瓷涂層。工具電極采用Ti冶煉塊體電極，液體電介質(zhì)為配制的乙醇胺溶液。對涂層的成分組成，物相組成，表面形貌，涂層的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析。結(jié)果表明：涂層主要含有Ti，C，N，F(xiàn)e等元素，主要物相為Ti(C0.3，N0.7)；涂層表面有不規(guī)則的放射狀的突起邊緣，呈

6、現(xiàn)一定數(shù)量的微孔和微裂紋，由截面形貌可知其厚度約為20μm左右；由TEM分析可知涂層表面形成了等軸的晶粒，晶粒尺寸較為均勻，連續(xù)明亮的SAED譜圖表明表面的等軸晶粒具有晶體學(xué)上的隨機(jī)取向；由摩擦系數(shù)曲線可知，方案2(I=20A，Ton=3，Toff=3)的摩擦系數(shù)最低，隨著時(shí)間的延長，摩擦系數(shù)升高最慢，3.5min后，摩擦系數(shù)趨于0.4左右；方案6(I=30A，Ton=3，Toff=8)和方案1(I=20A，Ton=8，Toff=8)的