冷噴涂銅合金涂層制備工藝及其防護(hù)性能研究.pdf

1、冷噴涂技術(shù)是一種新興的表面工程技術(shù),其利用氣流加速粒子使之以固態(tài)高速撞擊基體表面形成涂層。在噴涂過(guò)程中,由于其噴涂溫度低、無(wú)相變及氧化現(xiàn)象,形成的涂層致密,孔隙率低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容是利用X射線衍射技術(shù)(XRD)、掃描電鏡及EDS能譜分析、顯微硬度、結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性及耐腐蝕性試驗(yàn)等手段對(duì)利用冷噴涂工藝制備的冷噴涂銅涂層、冷噴涂Cu-20wt％Al2O3復(fù)合涂層、冷噴涂Cu-20wt％SiC復(fù)合涂層和

2、冷噴涂Cu-50wt％SiC復(fù)合涂層四種涂層物理及電化學(xué)性能進(jìn)行研究。此外,本文還研究了熱處理對(duì)四種冷噴涂涂層微觀組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、耐磨性的影響。
　　 研究結(jié)果顯示:冷噴涂制得的銅涂層與基體結(jié)合致密、分界面不明顯,孔隙率較低;冷噴涂過(guò)程中銅粉末顆粒未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象;涂層顯微硬度較高;厚度對(duì)冷噴涂銅涂層的結(jié)合強(qiáng)度及摩擦性能影響較小。經(jīng)動(dòng)電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試表明,隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),冷噴涂銅涂層腐蝕電流密度很小,極

3、化電阻較大,涂層的耐蝕性能較好。
　　 經(jīng)退火熱處理后,冷噴涂銅涂層性能發(fā)生了明顯的變化:在一定熱處理溫度范圍內(nèi)(500℃以下),隨熱處理溫度的升高,冷噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度大大增加,由噴涂態(tài)的6MPa提高到45MPa左右,但顯微硬度卻成明顯的下降趨勢(shì):由未處理前132.94Hv0.2降低至41.8Hv0.2(HT500℃)。300℃熱處理溫度下,冷噴涂涂層主要以去應(yīng)力退火為主,涂層宏觀結(jié)構(gòu)變化不明顯,涂層顯微硬度明顯下降,涂層結(jié)合強(qiáng)

4、度增大;500℃熱處理溫度下,涂層發(fā)生了再結(jié)晶現(xiàn)象,涂層顯微硬度繼續(xù)呈下降的趨勢(shì),但涂層結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到最大值44.6MPa;當(dāng)退火溫度達(dá)到700℃時(shí),涂層的顯微硬度降至最低值,涂層結(jié)合強(qiáng)度有所下降。
　　 為了增加冷噴涂銅的顯微硬度,提高涂層的耐磨性加入不同比例的Al2O3、SiC硬質(zhì)顆粒。本文成功制備的三種復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密,硬質(zhì)粉末均衡地分布在涂層中,在噴涂過(guò)程中硬質(zhì)粉末未發(fā)生明顯的分離;涂層的顯微硬度都明顯得到提高;三種冷噴涂

5、態(tài)復(fù)合涂層在摩擦過(guò)程中均出現(xiàn)了硬質(zhì)粉末脫離的現(xiàn)象,在摩擦過(guò)程中,硬質(zhì)粉末的脫離使摩擦進(jìn)入三體系摩擦系統(tǒng),涂層主要以磨粒磨損為主。
　　 三種復(fù)合涂層經(jīng)不同溫度退火熱處理后,涂層結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化。與冷噴涂銅涂層一樣,在300℃退火溫度下,復(fù)合涂層均表現(xiàn)出了以去應(yīng)力退火為主的結(jié)構(gòu)變化,并且顯微硬度呈一定程度的下降;在500℃退火溫度下,涂層中出現(xiàn)了再結(jié)晶現(xiàn)象,涂層顆粒增大,涂層結(jié)合更加致密,涂層硬度下降明顯;700℃退火溫度下,涂

6、層再結(jié)晶現(xiàn)象明顯,涂層顆粒進(jìn)一步增大,涂層顯微硬度降低。
　　 在耐磨性試驗(yàn)中,三種退火態(tài)復(fù)合涂層的磨損機(jī)制各不相同:Cu-20wt％Al2O3復(fù)合涂層,在噴涂態(tài)和低退火溫度(300℃和500℃)時(shí),涂層硬度較高,在磨損過(guò)程中,涂層的磨損以Al2O3顆粒的磨粒磨損為主;當(dāng)退火溫度達(dá)到700℃時(shí),涂層顯微硬度明顯下降,涂層出現(xiàn)剝離、脫落現(xiàn)象,涂層的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和粘著磨損。Cu-20wt％SiC復(fù)合涂層噴涂態(tài)和300℃熱處