学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

等离子喷涂法制备铝基体梯度陶瓷涂层的组织及性能研究

作　者: 原红星
导　师: 冯拉俊；雷阿利
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 铝基体等离子喷涂梯度陶瓷涂层残余应力抗热震性
分类号: TG174.442
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 45次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

针对开发大功率铝合金活塞中,存在活塞端部温度高,局部应力集中,表面容易出现裂纹,热效率低,无法使大功率柴油发动机连续工作的实际,本论文利用等离子喷涂法在铝合金活塞表面喷涂Cu-Al2O3梯度陶瓷涂层,增加活塞表面的抗热震性和隔热性,降低活塞温度分布不均匀程度,缓解局部应力集中,减少燃气传递到冷却系统的损失,提高燃烧室温度,增加热效率,降低废气排放量。通过改变喷涂距离,调节氢气的压强等方法,得到了在铝基体上制备陶瓷梯度涂层的合理工艺参数；利用SEM、金相显微镜等手段分析了梯度涂层的成分分布和微观形貌；并对涂层的残余应力,结合强度、抗热震性能、孔隙率、隔热性能进行了测定,为今后铝基体上梯度涂层的设计和制备提供了理论依据。通过研究得到以下结论：铝表面喷涂梯度陶瓷涂层,喷涂距离、氢气流量与钢基体喷涂不同,喷涂距离以150mm为宜,氢气压力选择0.12MPa为宜；梯度涂层中,从基体至涂层表面,沿涂层厚度方向,Al2O3含量逐渐增多,Cu的含量逐渐减少,涂层各成分间并不存在明显的成分突变和由此产生的宏观层间界面,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征。过渡元素Cu的加入有效的缓解了涂层的残余应力,梯度涂层陶瓷工作面上的残余应力约为双层陶瓷涂层的1/4,在A1203含量为40%、60%的过渡层出现了有利于涂层结合强度的压应力。纯Cu粉末作为打底层,结合强度较低；NiAl粉末是良好的打底层材料,NiAl与铝基体的结合除机械嵌合外还存在着较大的冶金结合；随Al2O3含量的增加,结合强度呈递减趋势：1.3mm的梯度涂层涂层在400℃下热循环350次,未出现边缘的脱落；梯度过渡层的孔隙率随着Al2O3含量的增加而降低,表面纯陶瓷层孔隙率最高,为8.37%。梯度涂层有较好隔热性能,隔热温度随着纯Al2O3涂层厚度的增加而明显增大,随炉温的升高隔热温度升高。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 引言  10
  1.2 铝活塞表面处理技术  10-12
    1.2.1 发动机的新发展  10-11
    1.2.2 铝活塞的表面陶瓷化技术  11-12
  1.3 功能梯度材料  12-15
    1.3.1 功能梯度的材料的简介  12
    1.3.2 功能梯度材料的制备  12-14
    1.3.3 功能梯度材料的应用及发展前景  14
    1.3.4 梯度涂层  14-15
  1.4 等离子喷涂技术  15-20
    1.4.1 等离子喷涂原理  15
    1.4.2 涂层的结合机理  15-16
    1.4.3 等离子喷涂的特点  16-17
    1.4.4 等离子喷涂分类  17
    1.4.5 等离子喷涂设备  17-18
    1.4.6 等离子喷涂工艺参数的确定  18-20
    1.4.7 等离子喷涂的发展前景  20
  1.5 涂层的性能检测  20-22
    1.5.1 涂层性能的分类  20
    1.5.2 涂层性能的检测方法  20-22
  1.6 课题的研究目的及内容  22
    1.6.1 课题的研究目的  22
    1.6.2 课题的研究内容  22
  1.7 课题技术路线  22-24
2 梯度涂层设计与制备  24-30
  2.1 试验所用的设备及材料  24
  2.2 涂层材料选择  24-26
    2.2.1 涂层使用的工作环境和要求  24-25
    2.2.2 涂层陶瓷材料的选择  25
    2.2.3 过渡材料的选择  25-26
    2.2.4 打底层材料的选择  26
  2.3 涂层设计  26-27
  2.4 涂层制备前的准备  27
  2.5 梯度涂层制备  27-28
  2.6 梯度涂层材料的确定及分析  28-29
  2.7 本章小结  29-30
3 梯度涂层显微组织结构及残余应力研究  30-42
  3.1 涂层的显微结构及成分分布  30-32
  3.2 SEM形貌分析  32-34
  3.3 涂层残余应力  34-35
    3.3.1 涂层残余应力产生的原因  34
    3.3.2 涂层残余应力的影响因素  34-35
  3.4 钻孔法测量残余应力的原理  35
  3.5 测量残余应力的设备及分析内容  35-36
  3.6 试验结果  36
  3.7 结果分析  36-40
    3.7.1 涂层应变  36-37
    3.7.2 材料物性的确定  37-39
    3.7.3 梯度涂层残余应力分析讨论  39-40
  3.8 本章小结  40-42
4 梯度涂层的性能研究  42-57
  4.1 涂层的结合强度研究  42-46
    4.1.1 涂层结合强度的分析方法  42-43
    4.1.2 试验结果与分析  43-45
    4.1.3 涂层与基体结合机理分析  45-46
    4.1.4 梯度涂层结合强度的变化规律  46
  4.2 涂层的抗热震性能研究  46-49
    4.2.1 涂层抗热震性能的分析方法  47
    4.2.2 抗热震温度的选择  47
    4.2.3 热震试验  47
    4.2.4 试验结果与分析  47-49
  4.3 涂层的孔隙率研究  49-52
    4.3.1 涂层孔隙率分析方法  50
    4.3.2 研究结果与分析  50-51
    4.3.3 涂层孔隙的形成机理  51-52
  4.4 涂层的隔热性能研究  52-55
    4.4.1 涂层的隔热性评价  52
    4.4.2 试验装置  52-53
    4.4.3 试验内容  53
    4.4.4 实验结果与分析  53-55
  4.5 本章小结  55-57
5 结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录  63

等离子喷涂法制备铝基体梯度陶瓷涂层的组织及性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文