液压支架活塞杆表面防护层的制备与组织性能研究.pdf

o f s u r f a c ep r e t e c t e dC o a t i n go fH y d r a u l i cP r e s s u r e s u p p o r t i n gP o s t o n B yE r x i n gL i 一 一 S u p e r v i s o r ：P r o f ．S h e n g x i nL i u M a t e r i a lS c i e n c e S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n A p r i l2 0 1 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明本声明的法律责任由本人承担 学位论文作者：巷二装日期：沙7 2 年多月≥厂日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。

根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学保密论文在解密后应遵守此规定 学位论文作者：鹰二失 摘要 摘要 活塞杆是液压设备中的易损件，在使用过程中易出现磨损、腐蚀、变形等 现象导致液压系统失效，延误生产进度因此在活塞杆表面制备有防护层，目 前国内主要采用电镀硬铬及复合镀铬、堆焊工艺制备和修复活塞杆表面防护层 火焰喷涂加感应重熔技术及等离子熔覆技术两种工艺均可在活塞杆表面制备高 硬度抗磨耐蚀防护层的能力，且在成本、环境保护、适用性、规模应用等方面 具有较强优势，但是有关这两种工艺在制备及修复液压支架立柱活塞杆方面的 研究及分析不多 本文首先使用商业雾化粉末F e 9 0 分别优化得到了火焰喷涂加感应重熔技 术、等离子熔覆技术的最佳工艺参数，并在上述条件下，从成形性、防护层组 织、结合强度、孔隙率、对合金粉末的要求及耐磨性能等方面分别对两种工艺 的优劣进行了对比分析。

另外，还结合液压支架立柱活塞杆的实际工作状况， 设计并制备了耐磨耐蚀、抗形变的F e 基合金粉末防护层，并使用硬度计、金相 显微镜、S E M 、E D A X 及X R D 等检测手段分析所得防护层的力学性能和显微 组织 在火焰喷涂加感应重熔技术中，当氧．乙炔流量比例为1 ．0 、送粉量为 9 7 ．7 9 ／m i n 、预热时间为4 0 s 、喷涂时间为3 m i n 、工件表面线速度为1 2 ．7 m ／m i n 、 重熔电源功率为6 0 k W 、频率为2 0 k H z 、感应线圈移动速率为4 m m ／m i n 、试样 表面温度为1 1 0 0 “ - ' 1 1 7 0 ℃时，能得到涂层沉积速率最大、粉末散失率最小、涂 层与基材结合强度较佳的F e 9 0 合金防护层该防护层成形良好，与基材呈微冶 金结合；硬度达到5 0 - - 一5 5 H R C ，内部组织致密，由H V 8 4 9 ．5 的奥氏体和H V 9 4 8 ．4 的针状共晶组成，层内存在少量孔隙；而使用最佳工艺参数得到的机械混合粉 末F e 基合金防护层，则孔隙率高，力学性能较差 在等离子熔覆技术中，经实验得到的最佳工艺参数：喷嘴到基材距离为 1 2 m m 、搭接率( 搭接宽度) 2 5 ％、熔覆电流为3 0 0 A 、熔覆速率为3 1 2 m m ／m i n 、 送粉量为5 0 ～5 5 9 ／m i n 。

在上述参数得到的等离子熔覆F e 9 0 合金防护层，成形良 好，组织致密，且与基材呈完全冶金结合熔覆层由大量枝晶组成；搭接区存 在二次热致重结晶现象；热影响组织由片状珠光体、魏氏体区和再结晶区组成 结合液压支架立柱活塞杆表面防护层性能要求，通过正交实验得到适用于 I l b o n d i n gs t r e n g t h ，p o i s o nr a t ea n dc o n d i t i o n so fp o 、；v d e r ．A n dt h e n ，a c c o r d i n gt o w o r k i n gc o n d i t i o no fh y d r a u l i cp r e s s u r es u p p o r t i n gp o s t o na n dt h ep a r a m e t e r s ，w e d e s i g ns u i t a b l eF e - b a s e da l l o yp o w e r , d e t e c t e da n da n a l y s i s e dt h ep r o p e r t i e sa n d s t r u c t u r eo ft h ec o a t i n gb yh a r d n e s st e s t e r , O M ，S E M ，E D A X ，X R Da n de t c ． T h er e s u l t sp r e s e n t e dt h a t ，i nt h ep r o c e s so ff l a m es p r a y i n g , w h e n0 2a n dC 2 H 2 f l u xr a t i oi s1 ．0 ，t r a n s p o r tp o w d e rr a t ei s9 7 ．7 9 ／m i n ，p r e h e a tt i m ei s4 0 s ，s p r a yt i m ei s 3 m i n , s u r f a c el i n es p e e do fs a m p l ei s1 2 ．7 m ／s ，p o w e ro fe l e c t r i c i t y - s u p p l yi s 6 0 k W 、f r e q u e n c yi s2 0 k H z ，t h et e m p e r a t u r eo ft h es a m p l es u r f a c ei s a b o u t 1 1 0 0 ～1 1 7 0 “ C ，T h ef l a m es p r a y i n gp r o c e s si sa p p l yt oa t o m i z a t i o na l l o yp o w d e r , f o r e x a m p l e ，F e 9 0a l l o yp o w d e rc a l lb em a d ei n t oc o a t i n g ，w h o s eh a r d n e s sr e a c h e s 5 0 - - 5 5H R C ，a n di t ss t r u c t u r ei sc o m p a c t ，w i t h o u tp o r e s ．B u tt h em e c h a n i c a l l ym i x e d p o w d e ri t ’Sn o ts u i tt ot h i sp r o c e s sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o a t i n gc o n t a i n sa l o to f p o r o s i t y ． I I I I V 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I l 绪{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1 1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 课题研究的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．3 火焰喷涂与感应加热技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·3 1 ．3 ．1 火焰喷涂概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·3 1 ．3 ．2 火焰喷涂应用及发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“6 1 ．3 ．3 感应加热概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．3 ．4 感应加热应用及发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“9 1 ．4 等离子熔覆技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1 0 1 ．4 ．1 等离子熔覆技术概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 ．4 ．2 等离子熔覆应用及发展前景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 1 ．5 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1 2 1 ．5 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1 2 1 ．5 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 实验材料设备及分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 2 ．1 实验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．2 实验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 防护层试样制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 ．1 预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 ．2 火焰喷涂加中频感应重熔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 ．3 等离子熔覆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 目录 2 ．3 ．4 后处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．3 ．5 试样制作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．4 防护层性能检测及组织分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·2 3 2 ．4 ．1 硬度测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．4 ．2 磨损性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．4 ．3 耐蚀性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．4 ．4 形貌及组织观察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·2 6 3 火焰喷涂加感应重熔工艺参数优化与防护层组织性能分析⋯⋯2 8 3 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·2 8 3 ．2 火焰喷涂过程工艺参数选择及优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·2 8 3 ．2 ．1 工艺参数选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．2 ．2 工艺参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．2 ．3 火焰喷涂正交试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“3 3 3 ．3 感应重熔工艺参数选择及工艺优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”3 7 3 ．3 ．1感应重熔工艺参数选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．3 ．2 工艺优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．4 火焰喷涂加感应重熔防护层组织观察及力学性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯·3 9 3 ．5 力学性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．5 ．1 显。