不同滑动速度和基体硬度对热浸镀铝钢耐磨性的影响

摘要

Fe-Al金属间化合物具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能以及密度低、比强度高等优点，利用热浸镀铝（HDA）表面改性方法在钢铁表面制得Fe-Al金属间化合物镀层，可以拓展和完善钢铁材料的应用。目前关于热浸镀铝钢的磨损性能的研究较少，且仅限于高温和室温低速条件下的磨损行为的研究。那么，研究不同滑动速度及基体硬度对热浸镀铝钢磨损行为的影响，并探索其磨损机理，实用意义重大。本文在不同浸镀工艺及扩散退火条件下在45钢表面制备金属间化合物镀层，采用MPX-2000型摩擦磨损试验机，针对1050℃扩散退火4.5 h制得的金属间化合物镀层在不同基体硬度及不同滑动速度下进行干滑动磨损实验，研究热浸镀铝钢的磨损行为。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、显微硬度仪及电化学工作站等分析方法研究了镀层的组成、结构、性能以及磨面和亚表面的物相、形貌、成分和性能，探讨了热浸镀铝钢的磨损机理。 实验结果表明，不同浸镀温度及时间下的镀层均由Fe2Al5合金层及纯铝层组成，其形貌及厚度受浸镀温度及时间的影响。750℃浸镀5 min的镀层，锯齿分布均匀，镀层紧密，与基体结合良好。850℃及以下扩散退火温度的镀层均含有Fe2Al5脆性相，与基体呈现锯齿状结合，1050℃时镀层主要由韧性相FeAl和Fe3Al组成，与基体的界面平直，呈现良好的冶金结合，随着扩散时间增加，镀层变厚， Fe3Al层的比例变大。 磨损实验表明，磨损率在 0.75-1.5 m/s 随着滑动速度的升高显著降低，在1.5-2.68 m/s几乎不变，当速度升高到4 m/s时，磨损率略微升高，且基体硬度和载荷越大，增幅越大。研究发现，在不同的滑动速度下，热浸镀铝钢磨面均有摩擦层的生成。不同的滑动条件导致摩擦层具有不同的特征及性能，故引起热浸镀铝钢的磨损机制改变，并决定着热浸镀铝钢的耐磨损性。基体的硬度反比于组织的热稳定性并对摩擦层的稳定性产生影响，其对磨损率影响程度与载荷有关，低载下不明显，50N 时随着基体硬度提高，磨损率升高。0.75 m/s下摩擦层含氧化物较少，为金属特性为主的摩擦层，厚度较薄且不连续、硬度低，对基体几乎不起保护作用，磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损；在1.5 m/s、基体硬度为35-40 HRC以及2.68-4 m/s时，摩擦层含氧化物多，是以陶瓷特性为主的摩擦层，摩擦层厚且硬度大，对基体起到很好的保护作用，磨损机制为氧化轻微磨损；1.5 m/s、45 HRC下，由于基体热稳定性差，导致摩擦层剥落，镀层发生了较严重脆性断裂，摩擦层呈双层结构，其保护性有所降低，磨损机制为脆性断裂和氧化磨损。

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大论文最终稿

20180609041112973

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