表面纳米化和激光熔覆对Cu-8Cr组织结构和性能的影响

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CuCr合金具有高强高导的特性,广泛应用于电力传输、电子元器件等领域。在服役过程中面临的高温,环境腐蚀及磨损,是造成该合金整体失效的主要因素。腐蚀及磨损都是从表面开始的,因此对其表面进行改性是延长铜合金服役寿命的有效方法。表面纳米化技术对金属表面硬度、耐腐蚀性及耐磨性均有较大提升。激光熔覆技术可以在金属表面形成与基体冶金结合的强化层,这两种表面处理方法都能在不影响内部组织性能的前提下有效提升表面性能。将这两种方法结合起来,有望为材料复合表面处理提供新思路和参考。基于此,本论文以Cu-8Cr合金作为研究对象,以表面硬度、耐腐蚀性及耐磨性等作为性能评价指标,分别采用超声表面滚压及超声喷丸表面纳米化技术、表面纳米化+激光熔覆复合表面改性技术等对Cu-8Cr合金进行表面处理,深入研究处理前后合金表面组织结构及性能的变化规律,阐明其作用机理,结果表明:(1)对超声表面滚压的压下量进行优化,得到Cu-8Cr合金的最佳压下量为0.15mm,此压下量下合金硬度由74 HV0.05提升到121 HV0.05,拉伸强度由261 MPa提升到388 MPa。超声滚压后在Na Cl溶液中样品表面形成一层富含Cu、Cr的氧化物及Cu(OH)2的钝化膜,使得样品耐腐蚀性能得到提升。耐磨性能得到提升,磨损机制方面,除疲劳磨损因硬度升高而减少外无变化。(2)对超声喷丸加工参数进行优化,选择不同喷丸粒径及喷丸时间进行探索,当喷丸粒径为2 mm、喷丸时间为30 min,合金硬度由74 HV0.05提升到120 HV0.05,拉伸强度由261 MPa提升到417 MPa,延伸率由45%降至约32%。随喷丸粒径的增加,合金表面硬度增大,耐腐蚀性能先上升后下降。超声喷丸处理后,材料的耐腐蚀性和抗磨损性能得到提高。(3)激光熔覆最佳工艺参数为100 mm/s扫描速率,35%搭接率,扫描速率过慢会造成表面裂纹增加,搭接率过低会造成熔覆层不均匀。超声喷丸和激光熔覆复合处理后,熔覆层硬度提高,耐磨性和耐腐蚀性能得到提升,熔覆层的磨损机制为磨料磨损及氧化磨损。
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