液中脈沖放電制備ZrC陶瓷涂層的研究.pdf

1、液中脈沖放電沉積技術(shù)作為不同于傳統(tǒng)技術(shù)的一種工藝方法，具有其優(yōu)異的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在模具、汽車和航空等制造領(lǐng)域。然而采用液中脈沖沉積技術(shù)制備ZrC陶瓷涂層的研究在國(guó)內(nèi)外的報(bào)道很少。進(jìn)行這方面的研究有助于促進(jìn)液中脈沖沉積技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。 本文采用液中脈沖放電沉積技術(shù)以高熔點(diǎn)金屬Zr作為陽(yáng)極在航空煤油中進(jìn)行脈沖放電，在基體45＃鋼表面制備ZrC陶瓷硬質(zhì)涂層。用X射線衍射儀分析涂層的相結(jié)構(gòu)；用掃描電鏡觀測(cè)涂層表面形貌；用能譜儀線掃

2、面分析涂層界面的成分變化；用MVK-H3顯微硬度計(jì)測(cè)量涂層平均硬度；用MPX-2000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層的摩擦磨損試驗(yàn)。并將ZrC陶瓷硬質(zhì)涂層的主要性能與采用相同技術(shù)制備的TiC陶瓷涂層的主要性能進(jìn)行對(duì)比。本文的主要工作和結(jié)論如下： 1．通過(guò)設(shè)置合理的液中脈沖放電參數(shù)可以制備出ZrC涂層，涂層中所含的主要物相是ZrC，其含量越高，ZrC涂層強(qiáng)化效果就越好；從涂層到基體，Zr元素和Fe元素呈梯度分布，Zr元素含量遞減，F(xiàn)e元素

3、含量遞增，實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合；從涂層到基體，涂層的平均硬度亦是遞減，涂層厚度約為20μm，其表面硬度可高達(dá)2000HV。 2．峰值電流和脈沖寬度是影響涂層形成與涂層性能的主要因素。在其它因素不變的條件下，在一定的電流或脈寬變化范圍內(nèi)都存在一個(gè)硬度最大值。對(duì)比ZrC、TiC兩種陶瓷涂層的性能發(fā)現(xiàn)：當(dāng)峰值電流為8A時(shí)，TiC涂層的硬度達(dá)到最大，而ZrC涂層的硬度達(dá)到最大時(shí)，峰值電流為16A；在脈沖寬度為20μs時(shí)，TiC涂層硬度達(dá)到最大

4、，ZrC涂層硬度達(dá)到最大，所需脈沖寬度卻為60μs。 3．液中脈沖放電沉積ZrC涂層形成的機(jī)制主要是電噴鍍和電化學(xué)反應(yīng)兩者的綜合作用。脈沖放電過(guò)程中工作介質(zhì)煤油被加熱而分解，釋放出游離碳C，電極材料熔化電離的zr離子和C結(jié)合形成ZrC。 4．ZrC涂層和TiC涂層的正交試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明：ZrC涂層優(yōu)化的放電參數(shù)匹配為，峰值電流12A，脈沖寬度40μs，脈沖間隔100μs，極間距離20μm，涂層硬度可達(dá)2300HV以上；而

5、TiC涂層優(yōu)化的放電參數(shù)匹配為，峰值電流5A，脈沖寬度12μs，脈沖間隔120μs，極間距離30μm，涂層硬度可達(dá)2200HV左右。制備ZrC涂層所需的放電能量要比制備TiC涂層的高。 5．將采用液中脈沖放電制備的ZrC和TiC兩種涂層與45＃鋼三者的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明：兩種涂層的磨痕均為典型的平行犁溝狀，表明涂層的磨損機(jī)制為磨粒磨損，摩擦系數(shù)與磨損量均較小。用液中脈沖放電沉積制備的表面涂層的磨損失重量是未處理表面的(