铜基自润滑表面耐磨厚涂层的制备及磨损机理研究

论文摘要

本文采用热压烧结工艺在45钢表面制备了以Ni为过渡粘结层的铜基自润滑耐磨厚涂层,并研究了碳纤维、石墨以及不同含量的纳米TiO2、Al2O3对铜基自润滑耐磨涂层抗磨性能的影响,分析了其磨损机理,并针对铜基自润滑耐磨涂层建立了数值磨损模型。论文的主要内容和结论如下:制定了铜基自润滑耐磨厚涂层的制备路线和方法,确定了烧结工艺参数:烧结温度为850℃,压力为30MPa,保温40分钟,最后待试样随炉冷却至室温。按照工艺路线和制备方法,最终制得铜基自润滑耐磨厚涂层。碳纤维、石墨均匀分布于铜基自润滑耐磨涂层中,涂层微观组织致密,涂层间界面粘结良好。碳纤维的添加提升了铜基涂层的硬度,改善了涂层的摩擦系数与磨损率。石墨作为润滑剂,使涂层的摩擦系数与磨损率得到进一步的减小,但降低了涂层的硬度。碳纤维和石墨有利于润滑膜的形成,从而使制备的材料具有较小的磨损率。对添加纳米TiO2与纳米Al2O3两种铜基自润滑耐磨涂层进行了研究,两种涂层微观组织致密,纳米TiO2与纳米Al2O3均匀分布于涂层中,涂层间界面粘结良好。3wt.%纳米TiO2与纳米Al2O3铜基涂层硬度均为最大,在干滑动摩擦条件下,两者均表现出最佳的抗磨性能,磨损机理均以润滑膜的形成和磨粒磨损为主。未添加纳米TiO2与纳米Al2O3的铜基涂层均存在粘着磨损,后者还存在转移膜的剥落、轻微的犁削和塑性变形。1wt.%纳米TiO2与纳米Al2O3铜基涂层的磨损机理主要为塑性变形和少量润滑膜的疲劳剥落。5wt.%纳米TiO2与纳米Al2O3铜基涂层均发生了粘着磨损和犁削。通过系统的分析外界及内部因素对材料摩擦过程中磨损的影响,依据因次分析原理,并应用MATLAB软件,建立了适合铜基自润滑耐磨厚涂层的磨损数值模型。通过数值导入磨损模型所得模拟值与实际磨损值符合度较高。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 铜基自润滑耐磨涂层材料国内外研究现状

1.2.1 涂层基体研究现状

1.2.2 颗粒增强相研究现状

1.2.3 碳纤维研究现状

1.2.4 润滑相研究现状

1.3 材料数值磨损模型研究现状

1.4 本论文主要研究内容

1.5 技术路线

1.6 本章小结

第二章碳纤维/石墨-铜基自润滑耐磨涂层的制备及磨损机理研究

2.1 铜基涂层的制备及性能测试

2.1.1 铜基涂层的成分

2.1.2 制备工艺

2.1.3 性能测试

2.2 讨论与结果

2.2.1 铜基自润滑耐磨涂层的形貌及结构

2.2.2 显微硬度

2.2.3 摩擦磨损性能

2.2.4 磨损机理研究

2.3 本章小结

第三章纳米增强颗粒对铜基自润滑耐磨涂层摩擦学性能的影响

2对铜基自润滑耐磨涂层摩擦学性能的影响'> 3.1 纳米TiO₂对铜基自润滑耐磨涂层摩擦学性能的影响

3.1.1 实验部分

3.1.1.1 配比设计

3.1.1.2 制备工艺

3.1.1.3 性能测试

3.1.2 实验结果与讨论

3.1.2.1 铜基自润滑耐磨涂层的形貌及结构

3.1.2.2 显微硬度

3.1.2.3 摩擦磨损性能

3.1.3 磨损机理研究

3.1.4 结论

2O₃对铜基自润滑耐磨涂层摩擦学性能的影响'> 3.2 纳米Al₂O₃对铜基自润滑耐磨涂层摩擦学性能的影响

3.2.1 实验部分

3.2.1.1 配比设计

3.2.1.2 制备工艺

3.2.1.3 性能测试

3.2.2 实验结果与讨论

3.2.2.1 铜基自润滑耐磨涂层的形貌及结构

3.2.2.2 显微硬度

3.2.2.3 摩擦磨损性能

3.2.3 磨损机理研究

3.2.4 结论

3.3 本章小结

第四章铜基自润滑耐磨涂层数值磨损模型的建立

4.1 铜基自润滑耐磨厚涂层磨损率数值模型

4.2 试验数据的回归分析

4.2.1 回归方程的建立

4.2.2 基于MATLAB的多元线性回归流程

4.2.3 回归运算

4.3 验证铜基自润滑耐磨厚涂层磨损数值模型

4.4 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨振伟

导师: 崔功军

关键词: 铜基涂层,自润滑,耐磨,磨损模型

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 金属学及金属工艺

单位: 太原理工大学

分类号: TG174.4

总页数: 77

文件大小: 6207K

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