文档介绍：长春工业大学本科生毕业论文 1 第一章绪论 选题背景众所周知,除少数贵金属外,金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。此外,金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重。大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效,造成极大的浪费和损失。据一些工业发达国家统计,每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量 10% ,损失金额约占国民经济总产值的 2-4% 。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话,其数值更加惊人。因此,发展金属表面防护和强化技术,,各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行[1]。因此,对材料的性能也提出更高要求, 采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果,显然是不经济的,有时甚至是不可能的。所以,研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一,是表面工程中一门重要的学科,所谓热喷涂,就是利用某种热源,如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态,然后借助火焰流的本身动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面,与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术[2]。本文在低碳钢表面采用等离子喷涂技术沉积了 Al 2O 3 +13wt.%TO 2 复合材料涂层, 对沉积的涂层进行了组织结构和硬度、磨损等性能分析测试,试验所得数据对提高零部件表面耐磨、耐蚀性能具有一定的理论意义和工程应用价值。 热喷涂技术概述 热喷涂技术分类热喷涂技术是表面工程中一门重要的学科[3]。所谓热喷涂,就是利用某种热源, 如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融长春工业大学本科生毕业论文 2 或半熔融状态,然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面,与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术[4]。根据热源的种类热喷涂技术主要分类为: 热喷涂设备虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异,但依据热喷涂技术的原理,设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。图 1- 1为等离子喷涂的设备配置图。图 1-1 等离子喷涂设备图热源温度℃喷涂方法火焰约3000 粉末火焰喷涂陶瓷棒材火焰喷涂高速火焰喷涂(HVOF) 爆炸喷涂(D-GUN) 电弧约5000 电弧喷涂等离子弧 10000 以上大气等离子喷涂( APS ) 低压等离子喷涂( LPPS ) 水稳等离子喷涂长春工业大学本科生毕业论文 3 热喷涂工艺热喷工艺过程如下: 工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理 ,基材表面必须清洁及粗糙,净化和粗化表面的方法很多,方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定[5]。净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油渍、油漆及其他污物,关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。净化处理的方法有,溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面,增大涂层与基材的机械咬合力,使净化处理过的表面更加活化,以提高涂层与基材的结合强度。同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布,对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等[6]。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法,常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时,喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体,推荐采用的砂粒粒度约为 16- 60号砂,粗砂用于坚固件和重型件的喷砂, 喷砂压力为 - Mpa ,薄工件易于变形,喷砂压力为 - 。特别值得注意的一点是,用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的,否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说 - 13μ mRa 就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强,但是当表面粗糙度超过 10μ mRa 后, 涂层结合强度的提高程度便会减低。对于一些与基材粘结不好的涂层材料,还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层,称为粘结底层,常用作粘结底层的材料有 Mo 、 Ni- A