纯铜表面激光熔覆原位自生zrb_2-zrc复合涂层的制备和性能研究

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1、中图分类号：TN305.2学校代码：10216UDC：620密级：公开工学硕士学位论文纯铜表面激光熔覆原位自生ZrB2-ZrC复合涂层的制备和性能研究硕士研究生：高杰导师：战再吉教授申请学位：工学硕士学科专业：材料学所在单位：国防科学技术学院答辩日期：2015年12月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMaterialsSciencePREPARATIONANDPROPERTIESOFIN-SITUZrB2-ZrC/CuCOMPOSITECOATINGBYLASERCLADDINGbyGAOJieSupervisor:ProfessorZHANZaijiYan

2、shanUniversity2015.12燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《纯铜表面激光熔覆原位自生ZrB2-ZrC复合涂层的制备和性能研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《纯铜表面激光熔覆原位自生ZrB2-ZrC复合涂层的制备和性能研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成

3、的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要铜及其合金由于其较高的导电、导热性能以及优异的腐蚀抗性，广泛的用于航天、航空、汽车工业，以及作为电接触元件的原材料。但是，其较差的磨损抗性以

4、及较低的抗拉强度限制了其在工业方面的应用。与传统表面改性技术相比，激光熔覆具有效率高、界面结合好以及涂层厚度较大的优点，因此激光熔覆技术在材料表面改性领域引起广泛的关注。在本文中，采用行星式高能球磨机将Cu粉、Cu-54Zr合金粉以及镍包B4C粉充分混合均匀。通过激光熔覆原位合成工艺制备出ZrB2-ZrC/Cu金属陶瓷复合涂层，并检测了不同激光工艺参数下涂层的性能。通过改变ZrB2-ZrC增强相的含量，并对不同含量下涂层的物理和机械性能，确定Zr-B4C最佳的添加量。此外，对激光熔覆过程中的中间反应以及基体和涂层之间的界面结合情况进行讨论，并检测ZrB2-ZrC/Cu金属陶瓷

5、复合涂层的磨损性能，采用的检测设备包括X射线衍射分析（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、金相显微镜（OM）、拉伸试验机以及高速摩擦磨损测试平台。试验结果表明，制备ZrB2-ZrC/Cu金属陶瓷复合涂层最佳的工艺参数为激光功率为2800W，扫描速度为3mm/s，光斑直径为3mm，搭接率为50%。在最佳工艺参数以及最佳的粉料配比下，制备的涂层最高抗拉强度为340MPa，电导率为43%IACS。通过XRD和TEM分析涂层中的成分以及增强相与金属基体之间的界面结合情况，ZrB2、ZrC成功的由Zr-B4C在激光作用下合成，增强相均匀的分布在涂层中。ZrB2

6、呈现较多的形态，包括长条状、针状和薄片状，ZrC呈典型的等轴状。高分辨电子显微像显示，ZrB2、ZrC与铜金属基体之间界面结合清晰。高速载流摩擦磨损试验结果表明，随着滑动速度的增加，涂层由最初的轻微的磨粒磨损变为剥层磨损，随着增强相含量的提高，涂层的抗磨损性能也随之提高，其磨损机制由粘着磨损变为磨粒磨损；随着加载电流的增加，涂层的磨损情况加剧，在较大的电流下其磨损机制为粘着磨损。关键词：激光熔覆；ZrB2；ZrC；显微组织；机械性能-I-AbstractAbstractCuanditsalloyswerewidelyusedinaerospace,aviation,autom

7、obileindustriesandelectricalcontactcomponentsduetotheirhighelectricalconductivity,thermalconductivityandexcellentcorrosionresistance.However,duetotheirpoorresistancetoslidingwearandlowtensilestrength,theirpotentialapplicationsandservicelifeinthevariousin