高Al青铜减摩涂敷层界面特性及摩擦学性能的研究

本研究将一种对钣金镜面制品防表面划痕、滑伤、拉裂等有良好效果的新型高铝（≈14 wt%）过共析铜合金材料与热涂（熔）敷模具快速制备技术相结合，实现减摩涂层与钢体冶金结合，消除高铝青铜铸/锻模具强度、刚度偏低的弊端。.研究将采用等离子热涂（熔）敷技术在钢基体上制备高铝青铜涂层，研究等离子工艺参数、涂（熔）敷层厚度与涂层/基体界面Al、Fe扩散、涂层物相组织、析出相结构形态的耦合关系，揭示涂层相组织、析出相结构形态、相体积分数等影响涂层/界面力学性能和涂层减摩耐磨摩擦学性能的规律，确定涂层Al含量、摩擦表面膜以及涂层组织结构与铁基材料的相容性等影响涂层摩擦学性能的机理。并采用扩散处理工艺控制涂层/界面Al、Fe扩散及涂层组织，获得涂层组织与力学、摩擦学性能之间的最优匹配关系。为减摩高铝青铜热涂（熔）敷模具材料的工业化应用提供技术基础，缩短模具生产周期、降低成本。

项目将一种对克服钣金镜面制品出现表面划痕、滑伤、拉裂等有良好效果的新型高铝（Al ≈ 14 wt. %）过共析铝青铜模具材料与热涂（熔）敷模具快速制备技术相结合，通过等离子热涂（熔）敷技术在不同基体基材上制备高铝青铜涂层，研究确定了涂层组织与涂层使用（力学、摩擦学）性能之间的最优匹配关系，从而为减摩高铝青铜热涂（熔）敷模具材料的工业化应用提供了技术基础。.采用稀土Ce脱氧的共装熔炼法及气雾水冷雾化制粉技术与热涂（熔）敷模具快速制备技术相结合，通过等离子涂层喷焊技术实现了不同基体基材上过饱和、易偏析过共析铝青铜模具材料涂层的制备。涂层形成α、γ2及β′相包围k相生长的细小组织，共析体(α+γ2)析出受到抑制，组织韧性好。涂层界面处产生冶金焊合效果，结合强度达347.1 MPa，涂层中析出大量富Fe的k相，表面硬度达301.7 HV。.涂层中Al元素及基体材料中Fe元素在界面及涂层中扩散特性是决定析出相к相数量、形态结构及涂层摩擦学性能的关键。铁基基体的Fe元素向涂层扩散、Al元素形成反向扩散，涂界面组织偏析严重，随涂层厚度增加，Fe元素扩散作用减弱，k相含量降低、颗粒分布间距增大，且向点状、细小树枝状转变。靠近基材的涂层中k相组织呈粗大树枝状分布，涂层与对摩件的组织相容性增加，以严重黏着磨损为主。随分隔层位置从基体到涂层纵深方向延伸， Fe元素含量下降，涂层在4 mm厚度处k相数量最低，摩擦系数和磨损率均降低, 黏着磨损受到抑制，主要磨损机理为磨粒磨损，涂层耐磨性能最好。.热扩散处理对优化涂层组织及摩擦学性能有显著作用。480℃热扩散处理的高铝青铜等离子喷涂涂层摩擦性能最稳定、有最低的磨损量，硬、软质相形态分布及Fe元素含量两种摩擦性能影响因素达到了有机结合，耐磨减摩性能最佳，磨损机制以磨粒磨损为主。.项目研究材料及工艺控制等相关成果已在钛合金/不锈钢管轧辊表面修复再制造领域进行了小试，成果对克服钛合金/不锈钢制管表面滑伤表现也了优异的性能，轧辊修复再制造后利用率提高，制造成本下降。