氮离子注入强化7075-T651铝合金耐磨损性能研究

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7075铝合金是一种超硬铝材料,其凭借高的比强度、硬度和韧性等优点,被应用于航天航空、石油开采和车辆零部件加工等领域。在实际工作环境中,磨损失效问题严重制约着其使用寿命。本文以7075-T651铝合金为研究对象,对其进行氮离子注入强化处理,采用理论分析和实验研究相结合的方法,探究氮离子注入对其表面完整性、微观结构和摩擦磨损性能的影响,在此基础上探究氮离子注入前后7075铝合金磨损表层晶粒细化对其耐磨性的影响。本文的主要内容和结论如下:(1)模拟计算了氮离子注入深度分布,并研究了离子注入7075铝合金的表面完整性。结果表明:氮离子注入的影响层深度为2000(?),浓度峰值深度为918(?);氮离子注入后,7075铝合金表面粗糙度、表面硬度都增大,同时注入表面出现一些褶皱和辐射坑。(2)分析了氮离子注入前后7075铝合金的物相成分和微观结构。结果表明:氮离子注入后7075铝合金表面没有新的相生成;同时,注入前7075铝合金表面只有少量的析出相和位错,氮离子注入后7075铝合金表面产生大量的位错,位错不断迁移和堆积,形成不同的位错结构。(3)探究了氮离子注入前后7075铝合金的摩擦磨损性能。结果表明:氮离子注入降低了7075铝合金的摩擦系数,同时随着注入剂量的增大,磨损量、磨痕宽度都减小;7075铝合金的磨损机理从注入前的黏着磨损和氧化磨损转化为离子注入后的磨粒磨损。(4)研究了氮离子注入前后7075铝合金磨损表层的微观结构。结果表明,注入前7075铝合金磨损表面存在位错线、位错缠结及一定量的亚晶。氮离子注入后7075铝合金磨损表层观察到高密度位错缠绕,在磨损表层晶界附近看到大量的亚晶。(5)未注入7075铝合金的磨损表层晶粒细化机制主要是位错滑移引起的,在摩擦力反复作用下,原始晶粒内部形成各种位错结构,最终形成亚晶粒。氮离子注入后,7075铝合金磨损表层晶粒细化机制是由离子注入强化和塑性变形引起的。氮离子注入初步细化了7075铝合金的原始粗晶粒,随着摩擦力的作用,氮离子注入强化的7075铝合金表层原始粗晶粒内生成新位错结构,新的位错墙不断结合和生长,最终导致氮离子注入强化后的7075铝合金表层晶粒进一步细化为尺寸更小的亚晶粒。
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