钢制曲轴等离子喷涂涂层外文翻译资料

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钢制曲轴等离子喷涂涂层

摘要：等离子喷涂涂层对于传统主轴颈和曲轴的曲柄销的热处理来说可能是另一种选择。与电弧喷涂和火焰喷涂相比等离子涂层的应用具有各种各样的多重优点。该研究试验喷涂以下粉末的涂层Cr₃C₂-25（Ni20Cr），Al₂O₃-13TiO ₂，Cr₂O₃ -SiO ₂ -TiO ₂在用于制造曲轴的钢的表面上（C45）。等离子喷涂涂层在大气压下采用喷雾器9MCE装置制成。采用光学显微镜，扫描电子显微镜和X射线衍射来分析涂层样本微观形态。模拟曲轴的极端工作条件对样品进行磨损测试。为了加强对基材喷涂层的附着力，进行微划痕和微压痕的测试结果显示出相对紧凑的形态通过用具有类似弹簧的特殊结构的连续涂层。 在微观分析之后，可以得出结论，Al₂O₃-13TiO₂涂层与Cr₃C₂-（Ni₂₀Cr）和Cr2O3-SiO2-TiO2粉末相比具有更高的硬度。热涂层的沉积粉末增加了材料的机械性能。结果经证实，等离子喷涂Al2O3-13TiO2粉末实际上是一种即使在润滑系统故障的情况下也能防止机械磨损有效的解决方案。

1.简介

C45钢由于具有很好的结合特性而被广泛应用于许多工业领域。 C45钢通常用于曲轴的制造以改善诸如耐磨性和增加的预期寿命等特性，可应用各种热处理如APS（大气等离子体沉积），HVOF，PLD，渗碳，氮化，镀铬，碳氮共渗等。 喷射等离子体射流是一种实用且有效的来增加涂料的耐磨性，耐腐蚀性和耐高温性方法。等离子喷射喷涂在航空工业中有多种应用，自动采油气。已经开展关于C45钢表面等离子射流中沉积物的多项研究，根据T.Bell和H.Liu的研究，在等离子射流中最常用的方法是进行氮化处理，与经典的氮化，等离子氮化不同，材料射流受到离子流和等离子体中放电的影响，因此涂层的硬度甚至能够达到1200HV的值。

氧氮化是一种更有效的方法，从等离子体喷涂中氮化的方法中涂层的性能已经得到提高，由于氧氮化处理而获得的Fe₃O₄和Fe₂O₃沉积层的硬度和对腐蚀的抗性得到提高。等离子渗氮需要消耗大量的能量和时间，有时甚至几个小时内以获得不同于氧氮化涂层的厚度和期望的性能。叶雪梅和合作者已经开展了以丙烷作为喷射气体的等离子射流氮碳共渗研究，所以氮碳共渗的速率显着增加，涂层的厚度和硬度得到提升，但随着丙烷数目愈多得到的涂层会减少。双重处理是另一种提高机械性能的方法。

一项研究表明，应用于C45钢的双相渗氮处理和渗铝处理在喷涂顺序上面是非常重要的，渗铝后再渗氮处理在微观结构和硬度方面为钢提供了很好的性能，如果是相反的顺序，得到的硬度值将很低。F。Hakami等人对等离子体渗氮C45钢镀铬的双相处理进行了研究。结果表明与使用初始处理铬值达到1540HV至1270HV简单镀铬涂层相比处理层抗性得到显著提高为了使用等离子体喷涂来沉积一层是非常重要的，这些参数与纳米结构的一层Al2O3TiO2分析和测试显示可能有重大变化，如果变化电流从550A变为650A，该层的硬度值可以则从611HV变化到772HV。

2.试验过程

本研究中使用的合金是C45，其成分见表1。

表1基材的化学成分

C45 C Si Mn S P

% 0.45 0.17 0.52 0.031 0.032

有八个加工样品，尺寸为30times;10times;2毫米。 使用200,500,800,1200目的砂纸制备样品用于金相显微组织研究随后引入酒精和试剂NITAL 2％进行清洗，以进行化学试验。

在表面上样品使用等离子喷涂粉末进行涂覆工艺：Metco130：Al2O3-13TiO2，Metco81NS：Cr3C2-25（Ni20Cr）和Amdry6462：Cr2O3-SiO2-TiO2。使用Sulzer Metco生产的SPRAYWIZARD 9MCE等离子设备进行沉积。所有处理方法用相同的喷涂参数（表2）

表2涂层处理工艺参数

使用光学显微镜和电子显微镜强调样品的微观结构和形态。对于光学显微镜，使用DMI5000显微镜Leica M，配备Leica HCS光学系统，放大倍率为1.5X至250X。电子显微镜使用由荷兰EIF公司制造的SEM电子显微镜QUANTA 3D Dual Beam。使用高真空模式和LFG检测器类型（大型场检测器）。我们已经获得了500X，1000X和5000X的放大倍数工作距离约15毫米。使用X射线衍射仪X#39;Pert Pro MRD进行X射线衍射，所述X射线衍射仪被赋予具有Cukalpha;阳极的X射线管，lambda;= 1.54，使用45kV的电压和40mA的强度，角度衍射（2theta;）介于25到130ordm;之间。测试沉积在表面上的粘附层通过微划痕方法和凹痕进行方法使用摩擦计CETR UMT-2，配备压头式DFH-20双摩擦/负载传感器安装了一个顶部半径为0.4毫米的刀片。压头的前进速度是10毫米/分钟。

3.结果及讨论

在图1中，我们注意到从喷涂SEM Metco130获得的粉末的SEM图像。在划痕测试后的图3的图像中，涂层的小区域分层在基材表面能够明显看出涂层未被完全去除，这意味着良好的抓地力和片状剥落区域是由于不均匀性和未熔化的颗粒分离。该层厚度接近40.8mu;m。

图1.用Metco 130喷雾后获得的SEM图像; 放大的图像：

a）500X，b）1000X，c）5000X。

图 2.用Metco 130喷涂后获得的SEM图像：a）微划痕b）涂层厚度。

粉末Metco 81NS的形态表现出更紧密的结构（图3），其中没有未熔化的颗粒，没有未熔化的颗粒，以及与未熔化的颗粒分离的分离区域。 请注意很少的缺陷，如毛孔和裂缝。该层更加粘附，使得在划痕测试之后，层不被破坏，与基材不相容。与Metco130粉末喷涂相比，沉积层的厚度达到92.38微米的值，更高的值（图4b）。

图3.用Metco 81NS喷雾后获得的SEM图像; 放大的图像：

a）500X，b）1000X，c）5000X。

图4用metco 81NS喷涂后获得的SEM图像:a)划痕试验，b)涂层厚度。

用Amdry 6462进行喷涂后得到的结构，显示出一种不均匀的低隔离条状和分离的熔融颗粒的有限区域，如图6所示。此外，还存在一个明显的孔隙和微裂纹。在微划痕试验后(图5a)发现较其他两种涂层的粘附较低，因此在测试完成后突出了基材的大面积。厚度达到44.89um的最大值(图6b)。

图5.喷涂Amdry 6462后获得的SEM图像; 放大的图像在：

a）500X，b）1000X，c）5000X。

图6.用6462 Amdry喷涂后获得的SEM图像：a）划痕测试，b）涂层厚度。

在图7中，可以观察到基体材料C45的SEM图像。 它突出了具有等轴晶粒的铁素体孪晶结构，相对均匀。 请注意包含小的，孤立的隔离趋势。 由不均匀的结构孔隙和裂缝分离而成的层。 看到条状物被未熔化的颗粒包围。

图7.基体材料C45钢的SEM图像; 放大的图像在：

a）500X，b）1000X，c）5000X

图8.粉末的X射线衍射图：a）Metco 130，b）81 NS Metco，

c）Amdry 646。

所使用的3种粉末的XRD图谱：Metco 130，Metco 81NS和Amdry 6462可以在图8中观察到。图8中确定的Al₂O₃主要相具有特征峰在34,47°，36,47°，45,49°和67,11°。Al₂O₃由四方晶体结构确定。 在25,27°，27,47°，36,08°，48,03°和54,37°处具有特征峰的2个锐钛矿和金红石形式显示出TiO 2。 金红石和锐钛矿具有四方结构。 Cr可以在图8b中观察到，显示出立方晶体结构，在44,58°，64,65°和82,31°处具有特征峰。Cr₂Ni₃具有立方型结构在43,75°，50,97°，74,96°和91,05°具有特征峰Cr₃C₂化合物在39,04°，40,23°，46,59°和48,69°显示特征峰。Cr₃C₂具有斜方晶系类型结构。 Cr₇C₃的主要相在39,21°，39,35°，42,58°和40°处有特征峰44,20°。与Cr₃C相同，Cr₇C₃具有斜方晶系结构。Ni在特征峰处44,26°，51,57°，75,93°和92,33，具有立方型晶体结构。

图9.比较图形：a）杨氏模量（GPa），b）硬度（GPa）。

Amdry 6462粉末XRD可以在图8c中看到，具有Cr成分，具有立方型结构和特征峰在44,3°和81,68°。 Cr₂O₃在62°，36,23°和54°，89°处显示峰。如果Cr₂O₃具有类菱形结构，则SiO₂和TiO₂的晶体结构是四方晶系。所有3种粉末的摩擦系数具有相似的值，比基础材料小得多。平均覆盖面大致等于基材。 不像Metco 81 NS粉末等离子沉积，Metco 130和Amdry 6462与基材相比具有优越的硬度值产生更高的耐磨性能。

基材的弹性模量值优于3种沉积物，Metco 81NS是最弱的。 这表明与基材表面相比涂层的刚度增加。

表3.涂层的机械性能

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