液压缸活塞杆表面aps防护涂层的制备与组织性能研究(附件)【字数：13501】
活塞杆是液压缸动力输出的执行部件，由于经常暴露在外部环境下往复运动，其表面很容易产生磨损和腐蚀。目前活塞杆表面防护的传统工艺是在表面镀铬，但镀铬工艺严重污染环境，其废水和废气严重致癌，对人体危害较大。鉴于此，本课题拟采用一种新型工艺——等离子喷涂技术对活塞杆表面进行防护，以期制备出耐蚀、耐磨的高性能涂层并对其各性能加以研究。本文采用NiCrBSi涂层材料对2Cr13不锈钢活塞杆表面进行等离子喷涂，对制备好的涂层进行重熔处理。借助SEM、EDS和XRD对喷涂态涂层和重熔态涂层的微观组织结构、形貌及涂层成分进行分析，通过测试对比上述涂层结合强度、显微硬度、孔隙率和耐腐蚀性来综合评定涂层的性能。试验研究结果表明喷涂态涂层与基体以机械结合方式为主，涂层存在少量的孔洞、裂纹等缺陷。经过重熔后的涂层，涂层结构更加均匀、致密，涂层结合强度也略高于喷涂态涂层。此外，孔隙率还大大降低，不到喷涂态的一半。在显微硬度方面，重熔态涂层的硬度也明显高于喷涂态。经过电化学试验测定，重熔态涂层腐蚀电位和钝化区更高，腐蚀电流更低，其耐蚀性能更加明显。关键词大气等离子喷涂；活塞杆；防护涂层；涂层性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 等离子喷涂技术概述 2
1.2.1 等离子喷涂基本原理 2
1.2.2 等离子喷涂涂层形成过程 3
1.2.3 等离子喷涂的特点 4
1.2.4 影响等离子涂层质量的主要工艺参数 4
1.2.5 等离子喷涂涂层的应用 6
1.3 液压缸活塞杆的失效形式 7
1.4 活塞杆表面防护传统工艺与新型工艺对比 7
1.4.1 传统与新型活塞杆主要参数指标 8
1.4.2 传统工艺缺点与新型工艺优点 8
1.5 本课题的研究目的和主要研究内容 9
1.5.1 课题的研究目的及意义 9
1.5.2 课题研究的内容 10
第二章 实验材料、设备及方法 11
2.1 实验材料 11
2.1.1 基体材料 11
2.1.2 喷涂材料 11
2.2 实验设备 12
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.2.1 等离子喷涂系统 12
2.2.2 其它仪器和设备 12
2.3 试验方案 13
2.3.1 试验研究流程 13
2.3.2 实验步骤 13
2.3.2.1 基体预处理 13
2.3.2.2 喷涂粉末的准备 14
2.3.2.3 等离子喷涂 14
2.3.2.4 涂层测试及分析方法 15
第三章 试验结果与分析 17
3.1 涂层微观组织结构 17
3.1.1 涂层的表面微观形貌 17
3.1.2 涂层的截面微观形貌 18
3.1.3 涂层的各微区化学成分和物相分析 19
3.2 涂层结合强度 23
3.3涂层显微硬度 25
3.4涂层孔隙率 27
3.5涂层耐腐蚀性 29
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
第一章 绪论
1.1 引言
众所周知，机械零件大多数是用金属材料加工制造的。然而，在使用过程中，金属零部件表面经常暴露在外界环境中，会与周围的介质发生电化学和化学反应而受到腐蚀。对于一些精密的零部件是不允许的，这将严重影响机械的正常工作。此外，金属材料经常与各种机械零部件相互作用也易引起表面严重的磨损，从而导致工件的失效，缩短工件的使用寿命。据有关资料统计，世界各国在使用金属材料时因腐蚀和磨损造成的损失达成千上万亿美元，如果再把由腐蚀和磨损造成的其它事故加上的话，那损失将更加巨大[1]。然而，如果对整个机械零部件都使用高性能的材料来满足表面材料的特殊要求，这肯定是不经济的，也是条件不允许的。因此，材料表面处理技术用来满足材料工作条件下的特殊需求是经济、合理且可行的。有关人士表示，如果每年投入其损失造成数额的3%～5%到表面工程领域进行预防研究，其每年造成的损失也将大幅减少[2]。因此，研究金属材料表面的防护和强化技术已经普遍成为各个国家科研人员关心的重大课题。
在机械工程中，液压缸是各种液压系统中的执行元件。它是以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来实现运动的传递。其结构简单、工作可靠，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动过程平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成[3]。其中活塞杆是液压缸动力输出的执行部件，由于活塞做功时，活塞杆在活塞的带动下往复运动，并经常暴露在外部环境下，其表面很容易产生磨损和腐蚀。在长时间使用后，液压油内会混进碎屑及硬颗粒，进而导致漏液和立柱表面出现锈蚀、拉伤甚至出现沟槽，给整个运行的机械带来不便和非常大的安全隐患[4]。
表面处理技术是控制活塞杆表面磨损和腐蚀的常用手段，其方法大致可以分为三类：其一是改变材料表层的化学成分，主要有化学热处理、激光重熔复合、离子注入等；其二是改变表面材料的微观组织结构，主要有喷丸、纳米化等；其三是在材料表面复合一层性能更佳的材料，主要有镀层金属、热喷涂、轧制复合金属等。目前应用在活塞杆表面防护方面主要是在其表面镀上一层硬铬并抛光，具有硬度高，耐磨、耐蚀性能好的特点。但是，含铬的废水和废气严重致癌，是国家严格控制的排放物，这对环境和生产工人的危害极大[5]。所以，改变活塞杆表面防护的方法就是本课题重点研究的内容。
在表面工程领域中，热喷涂是提高材料表面性能的一种十分重要的技术，约占表面工程技术的三分之一[6]。热喷涂是指涂层材料（粉末或丝材）经过某种热源，如等离子弧、燃烧火焰、电弧等使之达到熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体表面，形成具有各种功能的连续致密涂层的一种技术。在热喷涂中，等离子喷涂是其最主要的一项工艺和方法，该技术的喷涂温度极高，几乎可以熔化所有的涂层材料。该方法制备的涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，涂层与基体间的结合形式除以机械结合为主外，还可以产生微区结合和物理结合，涂层结合强度较高。
本文采用NiCrBSi涂层材料对2Cr13不锈钢活塞杆表面进行等离子喷涂，对制备好涂层进行重熔处理。借助SEM、EDS和XRD对喷涂态涂层和重熔态涂层的微观组织结构、形貌及涂层成分进行分析，通过测试对比上述涂层结合强度、显微硬度、孔隙率和耐腐蚀性来综合评定涂层的性能。
1.2 等离子喷涂技术概述
1.2.1 等离子喷涂基本原理
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 等离子喷涂技术概述 2
1.2.1 等离子喷涂基本原理 2
1.2.2 等离子喷涂涂层形成过程 3
1.2.3 等离子喷涂的特点 4
1.2.4 影响等离子涂层质量的主要工艺参数 4
1.2.5 等离子喷涂涂层的应用 6
1.3 液压缸活塞杆的失效形式 7
1.4 活塞杆表面防护传统工艺与新型工艺对比 7
1.4.1 传统与新型活塞杆主要参数指标 8
1.4.2 传统工艺缺点与新型工艺优点 8
1.5 本课题的研究目的和主要研究内容 9
1.5.1 课题的研究目的及意义 9
1.5.2 课题研究的内容 10
第二章 实验材料、设备及方法 11
2.1 实验材料 11
2.1.1 基体材料 11
2.1.2 喷涂材料 11
2.2 实验设备 12
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.2.1 等离子喷涂系统 12
2.2.2 其它仪器和设备 12
2.3 试验方案 13
2.3.1 试验研究流程 13
2.3.2 实验步骤 13
2.3.2.1 基体预处理 13
2.3.2.2 喷涂粉末的准备 14
2.3.2.3 等离子喷涂 14
2.3.2.4 涂层测试及分析方法 15
第三章 试验结果与分析 17
3.1 涂层微观组织结构 17
3.1.1 涂层的表面微观形貌 17
3.1.2 涂层的截面微观形貌 18
3.1.3 涂层的各微区化学成分和物相分析 19
3.2 涂层结合强度 23
3.3涂层显微硬度 25
3.4涂层孔隙率 27
3.5涂层耐腐蚀性 29
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
第一章 绪论
1.1 引言
众所周知，机械零件大多数是用金属材料加工制造的。然而，在使用过程中，金属零部件表面经常暴露在外界环境中，会与周围的介质发生电化学和化学反应而受到腐蚀。对于一些精密的零部件是不允许的，这将严重影响机械的正常工作。此外，金属材料经常与各种机械零部件相互作用也易引起表面严重的磨损，从而导致工件的失效，缩短工件的使用寿命。据有关资料统计，世界各国在使用金属材料时因腐蚀和磨损造成的损失达成千上万亿美元，如果再把由腐蚀和磨损造成的其它事故加上的话，那损失将更加巨大[1]。然而，如果对整个机械零部件都使用高性能的材料来满足表面材料的特殊要求，这肯定是不经济的，也是条件不允许的。因此，材料表面处理技术用来满足材料工作条件下的特殊需求是经济、合理且可行的。有关人士表示，如果每年投入其损失造成数额的3%～5%到表面工程领域进行预防研究，其每年造成的损失也将大幅减少[2]。因此，研究金属材料表面的防护和强化技术已经普遍成为各个国家科研人员关心的重大课题。
在机械工程中，液压缸是各种液压系统中的执行元件。它是以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来实现运动的传递。其结构简单、工作可靠，用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动过程平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成[3]。其中活塞杆是液压缸动力输出的执行部件，由于活塞做功时，活塞杆在活塞的带动下往复运动，并经常暴露在外部环境下，其表面很容易产生磨损和腐蚀。在长时间使用后，液压油内会混进碎屑及硬颗粒，进而导致漏液和立柱表面出现锈蚀、拉伤甚至出现沟槽，给整个运行的机械带来不便和非常大的安全隐患[4]。
表面处理技术是控制活塞杆表面磨损和腐蚀的常用手段，其方法大致可以分为三类：其一是改变材料表层的化学成分，主要有化学热处理、激光重熔复合、离子注入等；其二是改变表面材料的微观组织结构，主要有喷丸、纳米化等；其三是在材料表面复合一层性能更佳的材料，主要有镀层金属、热喷涂、轧制复合金属等。目前应用在活塞杆表面防护方面主要是在其表面镀上一层硬铬并抛光，具有硬度高，耐磨、耐蚀性能好的特点。但是，含铬的废水和废气严重致癌，是国家严格控制的排放物，这对环境和生产工人的危害极大[5]。所以，改变活塞杆表面防护的方法就是本课题重点研究的内容。
在表面工程领域中，热喷涂是提高材料表面性能的一种十分重要的技术，约占表面工程技术的三分之一[6]。热喷涂是指涂层材料（粉末或丝材）经过某种热源，如等离子弧、燃烧火焰、电弧等使之达到熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体表面，形成具有各种功能的连续致密涂层的一种技术。在热喷涂中，等离子喷涂是其最主要的一项工艺和方法，该技术的喷涂温度极高，几乎可以熔化所有的涂层材料。该方法制备的涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，涂层与基体间的结合形式除以机械结合为主外，还可以产生微区结合和物理结合，涂层结合强度较高。
本文采用NiCrBSi涂层材料对2Cr13不锈钢活塞杆表面进行等离子喷涂，对制备好涂层进行重熔处理。借助SEM、EDS和XRD对喷涂态涂层和重熔态涂层的微观组织结构、形貌及涂层成分进行分析，通过测试对比上述涂层结合强度、显微硬度、孔隙率和耐腐蚀性来综合评定涂层的性能。
1.2 等离子喷涂技术概述
1.2.1 等离子喷涂基本原理
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