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机械合金化制备镍基涂层工艺及性能研究

作　者: 张国鑫
导　师: 黄伟九
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 机械合金化 Ni-Al粉末涂层球磨转速球磨时间
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在机械合金化的过程中，金属粉末在球磨罐内受到磨球强烈的撞击作用，并发生局部升温冷焊于基体之上。经过长时间的挤压与冷焊，在基体表面会形成一层比较致密的涂层。根据这一原理，本文从球磨时间、球磨转速和粉末体系的类型三个方面研究了影响涂层形成的因素，并且分析了各个因素在形成涂层中所起的作用。本文通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及能谱（EDS）对Ni-Al涂层的化学成分和相结构进行分析，通过显微硬度、热震实验、高温氧化性、耐蚀性和摩擦学特性来表征涂层的性能。实验以Ni粉末和Al粉末以4：1进行配比，分别设定200rad/min，400rad/min和600rad/min三种球磨转速。发现涂层的厚度受机械球磨工艺参数的影响，并且在转速为400rad/min时基体表明形成了连续致密的涂层，其厚度高达130μm；Ni粉、Ni-0.1Al-0.1Cr粉、Ni-0.2Cr粉和Ni-0.2Al粉和Al粉在球磨转速为400rad/min的条件下制备涂层的厚度发现，单纯的Ni粉，Cr粉，Ni-Cr粉形不成连续的涂层，只有Ni-0.2Al和Al涂层形成了均匀连续的涂层，进一步分析发现，Ni-0.2Al涂层的硬度，结合力均优于Al涂层；在球料比为5：1条件下制备的涂层质量较好。以Ni-Al粉末体系（其中Al含量依次为0.2、0.4、0.6、0.8）为原料，在球磨转速为400rad/min，球磨时间分别为6h、12h、18h和24h的条件下制备涂层，然后对其性能进行测试。显微硬度表明：Ni-Al的粉末体系中，随着球磨时间的延长，涂层的显微硬度表现出下降的趋势；热震实验表明Ni-Al体系的粉末随着球磨时间的延长，涂层的抗剥落能力先增大后减小；高温氧化测试表明球磨时间的延长会降低高温氧化性；随着Al含量的逐渐升高，Ni-Al涂层的硬度越来越小，抗高温氧化性越来越差，耐蚀性也有了一定程度的提高。本文还对球磨时间、粉末类型和球磨转速对涂层的形成机理进行了进一步的讨论。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 表面涂层技术  10-14
    1.1.1 热渗镀制备金属表面涂层  10-11
    1.1.2 激光熔覆制备金属表面涂层  11-12
    1.1.3 热喷涂制备金属表面涂层  12-13
    1.1.4 机械镀制备金属表面涂层  13
    1.1.5 化学镀制备金属表面合金层  13-14
  1.2 机械合金化制备金属表面涂层  14-18
    1.2.1 机械合金化的发展状况  14
    1.2.2 机械合金化的机制  14-15
    1.2.3 机械合金化的工艺特点  15
    1.2.4 MA 在表面合金化制备涂层中的应用  15-18
  1.3 研究内容及要解决的问题  18-19
    1.3.1 研究内容  18
    1.3.2 拟解决的关健科学问题  18-19
  1.4 研究方法及其技术路线  19-20
    1.4.1 研究方法  19
    1.4.2 技术路线  19-20
第二章实验方法  20-24
  2.1 机械合金化装置  20-21
    2.1.1 工作原理  20
    2.1.2 主要技术参数  20-21
  2.2 试样与磨球  21
  2.3 粉末体系  21
  2.4 工艺参数  21-22
  2.5 实验步骤  22
  2.6 结构表征及其性能测试  22-24
    2.6.1 结构分析  22
    2.6.2 合金层性能测试  22-24
第三章 MA 制备金属表面涂层的工艺优化  24-43
  3.1 球磨转速对金属表面涂层组织和厚度的影响  24-29
    3.1.1 不同球磨转速下 N i-0.2Al 的截面组织形貌及能谱分析  24-27
    3.1.2 不同球磨转速下 N i-0.2Al 的表面组织形貌及能谱分析  27-28
    3.1.3 球磨转速对 N i-0.2Al 涂层厚度的影响  28-29
  3.2 球料比对金属表面涂层组织和厚度的影响  29-33
    3.2.1 不同球料比下 N i-0.2Al 的截面组织形貌及能谱  29-31
    3.2.2 不同球料比下 N i-0.2Al 的表面组织形貌及能谱  31-32
    3.2.3 球料比对 N i-0.2Al 涂层厚度的影响  32-33
  3.3 粉末体系对金属表面涂层组织和性能的影响  33-39
    3.3.1 不同粉末体系下金属表面涂层的截面形貌  33-35
    3.3.2 不同粉末体系下金属表面涂层的表面形貌及能谱分析  35-37
    3.3.3 不同粉末体系下金属表面涂层的厚度分析  37-38
    3.3.4 不同粉末体系下金属表面涂层的结合力分析  38
    3.3.5 不同粉末体系下涂层的截面硬度分析  38-39
  3.4 本章讨论  39-41
    3.4.1 球磨转速对金属表面涂层的影响  39-40
    3.4.2 粉末类型对金属表面涂层的影响  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章机械合金化方法制备 N i-Al 涂层组织及性能研究  43-79
  4.1 Ni-0.2Al 涂层的组织及其性能研究  43-51
    4.1.1 Ni-0.2Al 涂层的截面组织形貌及能谱分析  43-44
    4.1.2 球磨时间对 Ni-0.2Al 涂层厚度的影响  44-45
    4.1.3 Ni-0.2Al 涂层的 XRD 分析  45-46
    4.1.4 金属表面 Ni-0.2Al 涂层的硬度  46-47
    4.1.5 金属表面 Ni-0.2Al 涂层的结合强度  47-48
    4.1.6 金属表面 Ni-0.2Al 涂层的耐蚀性  48-49
    4.1.7 金属表面 Ni-0.2Al 涂层的高温氧化性  49-50
    4.1.8 金属表面 Ni-0.2Al 涂层的耐磨性  50-51
  4.2 Ni-0.4Al 涂层的组织及其性能研究  51-59
    4.2.1 Ni-0.4Al 涂层的截面组织形貌及能谱分析  51-53
    4.2.2 不同球磨时间下 Ni-0.4Al 涂层的厚度  53-54
    4.2.3 不同球磨时间下 Ni-0.4Al 涂层的 XRD 分析  54
    4.2.4 不同球磨时间下 Ni-0.4Al 涂层的截面硬度  54-55
    4.2.5 金属表面 Ni-0.4Al 涂层的结合强度  55-56
    4.2.6 金属表面 Ni-0.4Al 涂层的耐蚀性  56-57
    4.2.7 金属表面 Ni-0.4Al 涂层的高温氧化性  57-58
    4.2.8 金属表面 Ni-0.4Al 涂层的耐磨性  58-59
  4.3 Ni-0.6Al 涂层的组织及其性能研究  59-67
    4.3.1 Ni-0.6Al 涂层的截面组织形貌及能谱分析  59-61
    4.3.2 不同球磨时间下 Ni-0.6Al 涂层的厚度  61-62
    4.3.3 不同球磨时间下 Ni-0.6Al 涂层的 XRD  62
    4.3.4 不同球磨时间下 Ni-0.6Al 涂层的截面硬度  62-63
    4.3.5 金属表面 Ni-0.6Al 涂层的结合强度  63-64
    4.3.6 金属表面 Ni -0.6Al 涂层的耐腐蚀性  64-65
    4.3.7 金属表面 Ni-0.6Al 涂层的高温氧化性  65-66
    4.3.8 金属表面 Ni-0.6Al 涂层的耐磨性  66-67
  4.4 Ni-0.8Al 涂层的组织及其性能研究  67-74
    4.4.1 Ni-0.8Al 涂层的截面组织形貌及能谱分析  67-68
    4.4.2 不同球磨时间下 Ni-0.8Al 涂层的厚度  68-69
    4.4.3 不同球磨时间下 Ni-0.8Al 涂层的 XRD 图  69-70
    4.4.4 不同球磨时间下 Ni-0.8Al 涂层的截面显微硬度  70
    4.4.5 Ni-0.8Al 涂层的结合强度  70-71
    4.4.6 金属表面 Ni -0.8Al 涂层的耐蚀性  71-72
    4.4.7 金属表面 Ni-0.8Al 涂层的高温氧化性  72-73
    4.4.8 金属表面 Ni-0.8Al 涂层的耐磨性  73-74
  4.5 Al 含量对 Ni-Al 涂层性能的影响  74-77
  4.6 讨论与小结  77-78
    4.6.1 球磨时间对金属表面 N i-Al 涂层的影响  77-78
  4.7 本章小结  78-79
第五章全文总结  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  84

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