合金钢表面仿生梯度陶瓷防护涂层的制备与性能研究
发布时间：2023-11-12 13:49
合金钢是在制造行业应用广阔的金属材料。由于合金钢的成本较为低廉,又具有较高的塑性、韧性与耐磨性,所以被大量用来制造机械设备中的重要零部件。近年来,由于技术的发展,各类机械设备的功率逐渐提高,合金钢制造的零部件性能不能完全满足当前机械工业的需求。在合金钢机械零部件表面制备高性能防护涂层是一种有效提高零部件性能和寿命的技术。合金钢零部件在工业生产中会受到多种情况的破坏,如磨损失效和断裂失效。单纯提高合金钢的一种性能,不足以提高合金钢零部件的整体寿命。研究与制备可以同时提高合金钢耐磨性能和力学性能的防护涂层对于机械行业具有重要意义。在自然界中,有很多生物具有特殊的结构,这些生物结构可以利用较少的生物能量实现良好的性能。仿生梯度结构是一种优异的生物结构,它结合了不同机械性能的材料,从而在材料内部产生了结构梯度。梯度结构可以适应不同材料之间的特性不同(如弹性模量和强度),并提供良好的韧性和耐磨性能。将仿生梯度结构应用到合金钢防护涂层的制造中,可以有效的同时提高合金钢的力学性能和耐磨性能。本文以工业常用的40Cr合金钢为研究对象,将典型生物梯度结构—獾牙齿作为仿生设计的生物模本,采用热输入低、变形...
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 合金钢防护涂层的制备技术
1.2.1 热喷涂
1.2.2 物理气相沉积
1.2.3 电刷镀
1.2.4 激光熔覆
1.3 金属基复合涂层的研究进展
1.4 仿生梯度结构的研究进展
1.4.1 仿生生物结构
1.4.2 梯度涂层的制备与性能研究
1.5 本文的主要研究内容
第二章 仿生梯度结构设计、制备与试验方法
2.1 实验材料
2.1.1 基板材料
2.1.2 粉末材料
2.2 獾牙齿生物学特性分析与仿生梯度模型设计
2.2.1 獾牙齿形态特性分析
2.2.2 獾牙齿物相组成
2.2.3 獾牙齿形貌与元素分布
2.2.4 獾牙齿显微硬度分布
2.2.5 仿生梯度模型设计
2.3 仿生梯度涂层制备方法
2.4 仿生梯度涂层性能检测
2.4.1 仿生梯度涂层显微组织和表面形貌监测
2.4.2 显微硬度测量
2.4.3 物相分析
2.4.4 磨损性能测试
2.4.5 冲击韧性测试
2.4.6 机械疲劳测试
2.5 本章小结
第三章 激光熔覆 Ti C 涂层的制备工艺分析
3.1 前言
3.2 实验过程
3.3 激光熔覆预置粉末的特性分析
3.3.1 激光熔覆预置粉末的差热分析
3.3.2 激光熔覆预置粉末的物相分析
3.4 激光熔覆涂层的物相分析
3.5 激光熔覆涂层内部的组织与元素分布分析
3.6 激光熔覆涂层的性能
3.6.1 激光熔覆涂层的显微硬度
3.6.2 激光熔覆涂层的磨损性能
3.7 不同激光熔覆TiC工艺对涂层组织和性能影响的机制
3.8 本章小结
第四章 仿生梯度涂层的特点及成分参数设计
4.1 前言
4.2 仿生梯度涂层的组织和性能特点
4.2.1 实验过程
4.2.2 仿生梯度涂层的表面形貌
4.2.3 仿生梯度涂层的物相分析
4.2.4 仿生梯度涂层的显微组织
4.3 制备梯度涂层预置粉末成分参数对涂层显微组织的影响
4.3.1 实验准备
4.3.2 梯度涂层的物相组成
4.3.3 梯度涂层的表面形貌
4.3.4 梯度涂层的显微组织与元素分布
4.4 本章小结
第五章 仿生梯度涂层的力学性能分析
5.1 前言
5.2 仿生梯度涂层的显微硬度分布
5.2.1 实验准备
5.2.2 仿生梯度涂层的物相组成
5.2.3 仿生梯度涂层的显微组织
5.2.4 梯度涂层的显微硬度分布
5.3 仿生梯度涂层的冲击韧性
5.3.1 实验准备
5.3.2 仿生梯度涂层的冲击功
5.3.3 仿生梯度涂层的断口形貌
5.4 仿生梯度涂层的机械疲劳性能
5.4.1 仿生梯度涂层的机械疲劳寿命
5.4.2 仿生梯度涂层的机械疲劳断口形貌
5.5 仿生梯度涂层对力学性能的影响机制
5.6 本章小结
第六章 仿生梯度涂层的磨损性能分析
6.1 前言
6.2 乏油润滑条件下梯度涂层的磨损性能分析
6.2.1 实验准备
6.2.2 乏油润滑条件下的梯度涂层摩擦系数与磨损失重量
6.2.3 乏油润滑条件下的梯度涂层的磨损表面
6.3 干摩擦条件下的梯度涂层磨损性能
6.3.1 实验准备
6.3.2 干摩擦条件下的梯度涂层摩擦系数和磨损失重量
6.3.3 干摩擦条件下的梯度涂层的磨损表面
6.4 重载荷磨损条件下的梯度涂层磨损性能
6.4.1 实验准备
6.4.2 重载荷磨损条件下的梯度涂层摩擦系数和磨损失重量
6.4.3 重载荷磨损条件下的梯度涂层的磨损表面
6.4.4 重载荷磨损条件下的梯度涂层的磨损形貌
6.5 梯度涂层对磨损性能的影响机制
6.6 本章小结
第七章 结论
参考文献
攻读博士学位期间研究成果
致谢
本文编号：3863279
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 合金钢防护涂层的制备技术
1.2.1 热喷涂
1.2.2 物理气相沉积
1.2.3 电刷镀
1.2.4 激光熔覆
1.3 金属基复合涂层的研究进展
1.4 仿生梯度结构的研究进展
1.4.1 仿生生物结构
1.4.2 梯度涂层的制备与性能研究
1.5 本文的主要研究内容
第二章 仿生梯度结构设计、制备与试验方法
2.1 实验材料
2.1.1 基板材料
2.1.2 粉末材料
2.2 獾牙齿生物学特性分析与仿生梯度模型设计
2.2.1 獾牙齿形态特性分析
2.2.2 獾牙齿物相组成
2.2.3 獾牙齿形貌与元素分布
2.2.4 獾牙齿显微硬度分布
2.2.5 仿生梯度模型设计
2.3 仿生梯度涂层制备方法
2.4 仿生梯度涂层性能检测
2.4.1 仿生梯度涂层显微组织和表面形貌监测
2.4.2 显微硬度测量
2.4.3 物相分析
2.4.4 磨损性能测试
2.4.5 冲击韧性测试
2.4.6 机械疲劳测试
2.5 本章小结
第三章 激光熔覆 Ti C 涂层的制备工艺分析
3.1 前言
3.2 实验过程
3.3 激光熔覆预置粉末的特性分析
3.3.1 激光熔覆预置粉末的差热分析
3.3.2 激光熔覆预置粉末的物相分析
3.4 激光熔覆涂层的物相分析
3.5 激光熔覆涂层内部的组织与元素分布分析
3.6 激光熔覆涂层的性能
3.6.1 激光熔覆涂层的显微硬度
3.6.2 激光熔覆涂层的磨损性能
3.7 不同激光熔覆TiC工艺对涂层组织和性能影响的机制
3.8 本章小结
第四章 仿生梯度涂层的特点及成分参数设计
4.1 前言
4.2 仿生梯度涂层的组织和性能特点
4.2.1 实验过程
4.2.2 仿生梯度涂层的表面形貌
4.2.3 仿生梯度涂层的物相分析
4.2.4 仿生梯度涂层的显微组织
4.3 制备梯度涂层预置粉末成分参数对涂层显微组织的影响
4.3.1 实验准备
4.3.2 梯度涂层的物相组成
4.3.3 梯度涂层的表面形貌
4.3.4 梯度涂层的显微组织与元素分布
4.4 本章小结
第五章 仿生梯度涂层的力学性能分析
5.1 前言
5.2 仿生梯度涂层的显微硬度分布
5.2.1 实验准备
5.2.2 仿生梯度涂层的物相组成
5.2.3 仿生梯度涂层的显微组织
5.2.4 梯度涂层的显微硬度分布
5.3 仿生梯度涂层的冲击韧性
5.3.1 实验准备
5.3.2 仿生梯度涂层的冲击功
5.3.3 仿生梯度涂层的断口形貌
5.4 仿生梯度涂层的机械疲劳性能
5.4.1 仿生梯度涂层的机械疲劳寿命
5.4.2 仿生梯度涂层的机械疲劳断口形貌
5.5 仿生梯度涂层对力学性能的影响机制
5.6 本章小结
第六章 仿生梯度涂层的磨损性能分析
6.1 前言
6.2 乏油润滑条件下梯度涂层的磨损性能分析
6.2.1 实验准备
6.2.2 乏油润滑条件下的梯度涂层摩擦系数与磨损失重量
6.2.3 乏油润滑条件下的梯度涂层的磨损表面
6.3 干摩擦条件下的梯度涂层磨损性能
6.3.1 实验准备
6.3.2 干摩擦条件下的梯度涂层摩擦系数和磨损失重量
6.3.3 干摩擦条件下的梯度涂层的磨损表面
6.4 重载荷磨损条件下的梯度涂层磨损性能
6.4.1 实验准备
6.4.2 重载荷磨损条件下的梯度涂层摩擦系数和磨损失重量
6.4.3 重载荷磨损条件下的梯度涂层的磨损表面
6.4.4 重载荷磨损条件下的梯度涂层的磨损形貌
6.5 梯度涂层对磨损性能的影响机制
6.6 本章小结
第七章 结论
参考文献
攻读博士学位期间研究成果
致谢
本文编号：3863279
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