铝合金表面等离子喷涂铁基复合涂层结构及摩擦学性能研究

【摘要】本课题针对铝合金发动机气缸内壁表面防护问题,制备了一种适用于铝合金发动机气缸防护的高铬铁基粉末及其涂层,并通过初选粉末成分的优化设计对涂层进行了改进,主要研究了涂层结构及其在不同情况下的摩擦学性能。初选一种铬(Cr)含量较高的铁基粉末,利用大气等离子喷涂技术在铝基体上制备了涂层,同时还制备了316L不锈钢涂层及HT200灰铸铁缸套材料。在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上进行对比摩擦实验,验证了所采用的高铬铁基涂层用于铝合金发动机气缸防护的可行性。针对前期试验中发现的高铬铁基涂层硬度韧性偏低、耐腐蚀性较差及内部结构仍不够合理等缺陷,通过对粉末成分的优化设计,结合等离子喷涂工艺的特点,制备出了整体得到显著强韧化的新型高铬铁基涂层,涂层平均硬度值从476.22HV0.1提高到664.94HV0.1。涂层的耐腐蚀性显著提高,在腐蚀性摩擦实验磨痕周围未发现明显的腐蚀痕迹。涂层内部致密,孔隙率为2.36%。摩擦实验表明,优化后涂层在大气环境、油环境及腐蚀性油环境下的摩擦系数及磨损率较之优化之前均有显著降低,涂层性能更加稳定。新型高铬铁基涂层分别与电镀铬(Cr)及物理气相沉积(PVD)技术制备的氮化铬(CrN)、氮化钛(TiN)和类金刚石碳膜(DLC)等活塞环材料在油润滑环境下的摩擦实验表明：电镀Cr涂层和DLC涂层均能有效的减轻对喷涂涂层表面的划伤。经电镀Cr摩擦后,气缸涂层表面的磨痕内出现了许多相互联通的孔隙,而DLC对气缸涂层的损伤极为轻微；CrN对磨过后,气缸涂层上的磨痕内部留下了很多明显的划伤痕迹,并且涂层表面原有的敞开型孔隙有轻微扩展的迹象；TiN对磨后,气缸涂层磨损严重,出现了严重的犁沟和裂纹萌生。涂层在定载荷变频率的1N和3N的低载条件下,随着频率的增加摩擦系数逐渐升高,载荷为10N、15N、25N和30N的中高载条件下,随着频率的增加摩擦系数呈现降低的趋势。定频率变载荷时,中频段的4Hz、5Hz,(?)低频段的2Hz及高频段的8Hz条件下,随着载荷的升高摩擦系数逐渐降低；频率为1Hz和9Hz这两个端点频率处,随着载荷的升高摩擦系数先降低后升高。数值模拟结果表明,在所选载荷的整个范围及中低频范围内,摩擦系数稳定在0.1左右,且波动很小。在中等载荷及较高频率还有最高载荷及最高频率所围成的很小的范围内,摩擦系数出现了显著地降低,其数值在0.05～0.07内,在低载荷和高频条件下,摩擦副之间表现出显著升高的摩擦系数,其最高值也突破了0.2。
【作者】王宾；
【导师】阎峰云；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】铝合金发动机；等离子喷涂；高铬铁基涂层；摩擦学性能；

【参考文献】
[1]熊健.风电机组行星轮系传动系统的优化设计[D].吉林大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[2]李诗雨.基于CompactRIO的远程雷达伺服控制系统的研究[D].大连理工大学,电机与电器,2013,硕士.
[3]冯恩波,金以慧.智能工程与控制技术：历史、发展与未来[J].控制与决策,1994,01:1-7.
[4]漆刚.单位犯罪刑事责任根据研究[D].广西民族大学,法律,2013,硕士.
[5]欧阳伟光.监狱安防系统的建设研究[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[6]关肇元.乐器物理名词术语——小辞典(三)[J].演艺设备与科技.2004(04)
[7]陈丽.聚乙烯醇复合膜材料的制备和性能研究[D].合肥工业大学,2013.
[8]向思敏.公务员大五人格、胜任特征和工作满意度的关系研究[D].湖南师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[9]郝祎.全网防误调度操作票系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[10]龚赢赢.超级电容器用纳米氧化锌/石墨烯复合材料的制备与应用研究[D].成都理工大学,2014.
[11]凌云,俞寿朋,周熙襄.瞬时吸收率检测与高频噪声的剔除[J].石油地球物理勘探,1995,06:775-787+796-848.
[12]张冠群.批评话语视角下新闻访谈节目的及物性分析[D].兰州理工大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[13]张银莹.基于SWOT-PEST大学生创业环境分析与优化[D].西安科技大学,思想政治教育,2014,硕士.
[14]赵明,陈雪波.大系统块对角优分解[J].控制与决策,2000,05:585-588.
[15]刘睿华.软钎料在玻璃表面润湿机理研究[D].哈尔滨工业大学,材料工程,2014,硕士.
[16]孟玲玲.基于网络的个性化学习平台的设计与开发研究[D].江西师范大学,教育技术学,2004,硕士.
[17]周世东.Web数据挖掘在电子商务中的应用研究[D].北京交通大学,2008.
[18]赵静静.脑心通经由抑制树突状细胞成熟发挥抗动脉粥样硬化机制研究[D].复旦大学,心血管内科学,2012,硕士.
[19]赵鼎.射孔器枪内动压测试及仿真[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[20]李孝京.农村资金互助社市场准入法律制度研究[D].西南大学,民商法,2013,硕士.
[21]郑仰存.Ni-（Mo）-P/Cu多层交替镀层的制备及其热稳定性[D].湖南师范大学,应用化学,2004,硕士.
[22]张涛.团队冲突理论模型及其实证研究[D].北京交通大学,2009.
[23]李艳芝,金宏伟,郭湛君.40Mn2钢回归分析及内控成份制定[J].一重技术.2005(03)
[24]胡小娟.被动式红外线探测报警系统在校园安全的设计[D].南昌大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[25]汪鲜.基于供应商管理的成本控制在D公司的应用研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[26]万劲.两个鸢尾品种抗逆生理特性的研究[D].南京林业大学,园林植物与观赏园艺,2004,硕士.
[27]张春燕.高中地理“问题导学法”理论与实践研究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[28]张磊.全麻复合硬膜外麻醉对下腹部手术后痛觉过敏影响的临床研究[D].广西医科大学,麻醉学（专业学位）,2013,硕士.
[29]徐佳,吴思达,刘江,王潜,杨全红,王璞.氧化石墨烯锁模飞秒掺铒光纤激光器[J].中国激光,2012,04:173.
[30]陈阵.基于关系型数据库OLAP策略的研究与实现[D].大连理工大学,2002.
[31]陈会新.功能化碳纳米材料在催化合成炔胺类化合物中的应用研究[D].华侨大学,化学,2014,硕士.
[32]周涛发,范裕,袁峰.长江中下游成矿带成岩成矿作用研究进展[J].岩石学报,2008,08:1665-1678.
[33]张鹏.化合物6r体内外抗肿瘤活性及作用机制研究[D].山东大学,药理学,2013,硕士.
[34]任耀新.高频振动时效装置的研究[D].浙江大学,2006.
[35]董军鹏.雷达显示控制终端关键技术研究[D].西安科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[36]李庆忠,魏继东.高密度地震采集中组合效应对高频截止频率的影响[J].石油地球物理勘探,2007,04:363-369+488+355.
[37]刘国光.基于Rough集数据挖掘模型的钻头磨损状态预报系统[J].现代制造工程,2002,11:22-24.
[38]郑有春.侧面帘式安全气囊的仿真优化设计[D].西南交通大学,电气工程,2014,硕士.
[39]杜英满.超长复杂隔震结构建造过程非载荷变形模拟和监测[D].兰州理工大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[40]龙沛琪.数字染色内镜和共聚焦激光内镜在Barrett食管中的诊断价值及APC治疗的临床研究[D].南方医科大学,消化内科学,2012,硕士.
[41]肖中云.旋翼流场数值模拟方法研究[D].中国空气动力研究与发展中心,2007.
[42]薛强强.新型导游机服务系统设计[D].中北大学,机械电子工程,2013,硕士.
[43]王澜峰.Weyl-Heisenberg框架恒等式的研究[D].河南大学,基础数学,2004,硕士.
[44]李忠海,张嗣瀛.不确定线性组合系统的鲁棒H_∞性能的判定[J].控制与决策,2001,04:484-487.
[45]罗芳富.亚急性期脑卒中患者弥散张量成像与远期预后的关系[D].浙江中医药大学,内科学,2014,硕士.
[46]刘博.山西省X县学校治理结构研究[D].山西师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[47]郭燕.不同诱导条件下大鼠骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化的比较研究[D].辽宁医学院,内科学,2012,硕士.
[48]李晓波,姜作勤,张子平.现代信息技术发展与国土资源信息化[J].国土资源信息化,2002,01:17-22.
[49]孙高建.景区移动商务游客使用行为影响因素研究[D].浙江大学,2012.
[50]白雅芬.高校服务地方文化产业研究[D].华侨大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.