喷射沉积高强耐磨功能梯度铝合金组织演变及性能研究

高强耐磨铝合金梯度板材可解决优异机械性能与高耐磨性之间的矛盾，是未来航空航天结构件重要的备选材料。本项目采用一步法喷射沉积技术，通过设备改造和工艺优化，实现超高强铝合金与Al-Si合金双金属板材成分梯度与冶金质量的控制；通过对梯度材料凝固组织的分析，揭示了异质雾化熔滴梯度区共沉积时相互作用机制与凝固行为和梯度区组织形成及演变机理；在单成分高强铝合金和Al-Si合金变形的基础上，本项目创造性的选择了轧制和准热等静压技术对梯度材料进行变形处理，探索了温度和压力等工艺对梯度板材组织和致密度的影响规律，揭示了梯度区合金变形行为及元素双向对流扩散控制机制。研究成果对揭示梯度合金的成分控制和性能调控机理，推进铝合金功能梯度材料的应用具有重要意义。

随着技术发展，在航空航天领域，对高性能铝合金构件及其精密成形技术提出了较高的要求。高强耐磨铝合金梯度板材可解决优异机械性能与高耐磨性之间的矛盾，是未来航空航天结构件重要的备选材料。目前梯度合金在制备过程中存在成分梯度控制困难、组织演变机理不清晰等问题，严重制约了其广泛应用。本项目拟采用一步法喷射沉积技术，实现超高强Al-Zn-Mg-Cu合金与耐磨过共晶Al-Si合金双金属板材成分梯度与冶金质量的控制，建立喷射密度与梯度分布规律之间的关系；分析异质雾化熔滴梯度区共沉积时相互作用机制与凝固行为，揭示梯度区组织形成及演变机理；探索梯度区合金变形行为及元素双向对流扩散控制机制，阐明析出相和硬质颗粒与断裂行为和耐磨性能之间的关系。研究成果对揭示梯度合金的成分控制和性能调控机理，推进高强耐磨铝合金功能梯度材料的应用具有重要意义。

喷射电沉积是一种局部高速电沉积技术，由于其特殊的流体动力学特性，兼有高的热量和物质传递速率，尤其是高的沉积速率而引人注目。电沉积时，一定流量和压力的电解液从阳极喷嘴垂直喷射到阴极表面，使得电沉积反应在喷射流与阴极表面冲击的区域发生。电解液的冲击不仅对镀层进行了机械活化，同时还有效地减少了扩散层的厚度，改善了电沉积过程，使镀层组织致密，晶粒细化，性能提高。

喷射电沉积法能有效地提高电沉积极限扩散电流密度和沉积速率，并能有效提高镀层的硬度等，将脉冲技术引入喷射电沉积中，利用脉冲喷射电沉积，可以比较容易地得到纳米晶材料。已经有人利用喷射脉冲技术制备出纳米镍层 。

耐磨钢的组织与性能研究

第1章耐磨材料研究的意义及现状1

1.1耐磨铸钢的研究现状2

1.1.1高锰耐磨钢的研究现状2

1.1.2贝氏体耐磨钢的研究现状3

1.1.3国内外对奥氏体-贝氏体耐磨钢的研究现状6

1.2耐磨钢强韧化研究进展8

1.3化学成分对耐磨钢性能的影响10

1.4半钢耐磨材料的研究12

1.5金属材料磨料磨损机理的研究15

1.5.1磨料磨损的一般规律17

1.5.2磨屑形成的变形断裂机制17

1.5.3金属材料耐磨性的研究方法20

1.5.4磨料磨损的切削模型及其耐磨性大小的评定20

1.5.5磨粒磨损机理对耐磨材料的要求21

1.6耐磨铸钢研究中主要存在的问题21

1.7耐磨铸钢的发展方向23

参考文献23

第2章中碳低合金贝氏体钢的研究27

2.1材料制备27

2.1.1奥氏体-贝氏体耐磨钢的组织设计27

2.1.2试样的成分设计及试验方法28

2.1.3试样临界点的确定29

2.1.4试样热处理工艺制度制订29

2.2力学性能与组织观察试验结果及分析30

2.2.1力学性能测试30

2.2.2断口分析33

2.2.3拉伸试验的方法及分析35

2.2.4金相组织观察及XRD分析39

2.2.5XRD测试42

2.2.6透射电镜显微组织观察分析46

2.3磨料磨损试验及结果分析51

2.3.1静载荷滑动磨料磨损试验51

2.3.2试样力学性能与耐磨性的关系54

2.3.3磨损表面组织与性能的变化55

2.3.4不同载荷下试验钢与Mn13的耐磨性57

2.4低应力冲击载荷磨料磨损试验59

2.5研究结论64

参考文献65

第3章中碳高硅铸钢耐磨性的研究66

3.1研究意义及目的66

3.2国内外研究现状66

3.3试验材料与方法72

3.4组织与性能试验结果分析73

3.4.1冲击韧性的讨论73

3.4.2试样硬度73

3.4.3金相组织分析75

3.4.4断口形貌分析77

3.5磨损表面及耐磨性分析78

3.5.1试样力学性能与耐磨性的关系79

3.5.2磨屑的形貌80

3.6研究结论81

参考文献81

第4章半钢耐磨性的研究84

4.1研究的目的和意义84

4.2半钢耐磨材料研究现状84

4.3试验材料89

4.4试验结果分析90

4.4.1硬度测试90

4.4.2冲击韧性测试92

4.4.3金相组织分析94

4.4.4断口形貌分析95

4.5研究结论96

参考文献97

第5章抗磨铸钢与高强度钢复合焊接工艺的研究98

5.1研究的目的及意义98

5.2异种钢焊接研究的现状98

5.3试验材料及方法101

5.3.1高强钢材料与耐磨材料的选择101

5.3.2焊接材料的选用102

5.3.3母材的焊接及热处理103

5.3.4试验材料制备104

5.4试验结果分析105

5.4.1金相组织分析105

5.4.2硬度测试结果分析108

5.5研究结论109

参考文献110

第6章TiC高锰钢钢结合金的研究111

6.1选题背景111

6.2研究的目的及意义112

6.3破碎设备对材料性能的要求112

6.3.1破碎设备工况条件及失效分析112

6.3.2破碎设备材质的组织及性能的要求113

6.4碳化钛钢结合金的国内外研究现状115

6.4.1碳化钛钢结合金的制备方法116

6.4.2界面结构及润湿性119

6.4.3应用与展望123

6.5研究内容124

6.6试验材料与方法124

6.6.1成分设计124

6.6.2热处理工艺126

6.6.3试验方法127

6.7试验结果与讨论127

6.7.1碳化钛钢结合金制备工艺的研究127

6.7.2成形剂的影响128

6.7.3成形压力的影响131

6.7.4温度的影响132

6.7.5热处理工艺的影响135

6.7.6铬对碳化钛钢结合金组织及力学性能的影响138

6.8研究结论142

参考文献142

一种新型高强耐热铝合金，针对现有铝合金强度不高、耐热性和耐磨性差、尺寸稳定性低的问题，本发明提供一种可在350℃～400 ℃长期使用的高强耐热铝合金。该高强耐热铝合金中各组分的重量百分比(wt%)为：Si 6.5～17.5、Cu 2.5～5.0、Ni 1.0～3.0、Mn 0.4～ 1.0、Mg 0.4～1.2、Ti 0.1～1.0、B 0.02～0.2、Zr 0.1～1.0、Cd 0.1～ 0.6、P 0.005～0.05、其余为铝，Si/Mg为10～20，Cu/Mg为4～13。该合金包括分布均匀L12晶体结构的Al3X颗粒和hcc晶体结构的TiB2，它们的点阵参数与铝基体的共格，高温稳定性好，在合金中起到晶粒细化和高温强化的作用。本发明的合金可以用低成本的铸造工艺直接浇注零件，也可以作为复合材料的基体材料运用