高强铜合金的表面等离子喷涂工艺及强化研究

江苏科技大学本科毕业设计（论文）学院：材料科学与工程学院专业：金属材料工程学生姓名：学号：指导教师:二〇一二年六月江苏科技大学本科毕业论文高强铜合金的表面等离子喷涂工艺及强化研究High-strengthCopperAlloySurfacePlasmaSprayingProcessandStrengthenResearch江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：材料科学与工程学院专业：金属材料工程学生姓名：学号：指导教师：XX职称：讲师2012年3月1日毕业设计（论文）题目：高强铜合金的表面等离子喷涂强化及其界面研究1.课程性质（请在相应的选项上打勾）□纵向课题□已签约的横向课题□未签约的横向课题□实验室建设课题□模拟性课题□学生自选人文课题2.课题类型（请在相应的选项上打勾）□工程设计（实践）□理论研究□实验研究□计算机软件设计□综合一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1、提供条件箱式热处理炉，布氏硬度计，导电率测试仪，金相显微镜、3710型等离子喷涂系统等。2、内容及要求内容：（1）锻态组织与性能分析研究；（2）固溶处理试验；（3）研究合金的时效温度、时间对合金组织与性能的影响；（4）选择最佳的热处理工艺对CuCo2Be进行强化，并对其进行等离子喷涂实验，并对界面进行研究。要求：（1）确定合金的最佳固溶、失效处理工艺参数；（2）研究时效温度、时间对合金组织和性能的影响关系；（3）制定合理的等离子喷涂工艺参数并进行等离子喷涂试验；（4）毕业设计论文严格按照科技论文规范。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1、毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2、译文1篇（不少于5000英文字符，并附原文）；3、毕业设计电子文稿，参考文献。三、完成日期及进度自2012年2月27日起至2012年6月4日止进度安排：1、文献检索与阅读；2012.2.27～2012.3.9（2周）2、设计与实验；2012.3.12～2012.5.15（9.5周）3、撰写论文；2012.5.16～2012.5.25（1.5周）4、论文评阅与答辩；2012.5.28～2012.6.4（1周）四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1、邹莉.等离子喷涂技术及其应用[J].昆明冶金高等专科学校学报,2005,(5):21-24.2、周庆生.等离子喷涂技术及其在机床维修中的应用[J].制造技术与机床,1980,(2):39-42.3、阎洪.金属表面处理新技术[M].北京：冶金工业出版社,1996.4、王庆娟,徐长征,郑茂盛等.高强高导电铜合金的研究现状[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版).2006,38(5):732.5、SzablewskiJ,HaimantR.Heat-mechanicaltreatmentforcopperalloy[J].MaterialsScienceandTechnology,1985(1):1053-1059.6、谢春生,翟启明,徐文清等.高强度高导电性铜合金强化理论的研究与应用发展[J].金属热处理,2007,32(1):15-16.7、冯端.金属物理学(第一卷)[M].北京:科学出版社.1987:154.8、刘和法,谢春生等.大型导电结构专用材料-CuNiTiBe合金[J].华东船舶工业学院学报.1994,8(4):94-98.9、范大楠.高导电铍青铜及其组织性能研究[D].天津:天津大学硕士论文.1985:5.10、TsengAA,LinFH,GunderiaAS,etal.Rollcoolinganditsrelationshiptorolllife[J].MetallurgicalTransactions,1989,20A(11):2305-2320.系（教研室）主任：（签字）2012年月日学院（系）领导：（签字）2012年月日江苏科技大学本科毕业设计（论文）I摘要水平连铸是现代各大钢（管）厂生产各类型钢的主要方法，结晶器铜合金内套是水平连铸设备中最为关键的易耗部件。在使用过程中由于铜套表面直接与1475～1570℃的高温钢液接触，内表面工作条件极其恶劣，易产生多种形式的失效，失效的主要形式是产生热裂纹、磨损、剥落、划伤和腐蚀等。为了提高结晶器铜合金内套的使用寿命，主要从提高铜合金内套的材料质量及其表面强化、表面改性二个方面进行了大量研究工作。本文对材料CuCo2Be内套合金进行热处理工艺优化试验及对铜合金内套进行表面改性—电弧喷涂强化工艺试验。研究结果表明：(1)新制备的CuCo2Be合金经950℃×1.5h固溶+460℃×1h时效可获得较佳的综合性能。此工艺条件下合金的室温布氏硬度为HB277.44，导电率e达到54.48%IACS；(2)以涂层与基体的结合强度为指标，通过正交分析法，对各种喷涂参数的控制，通过极差和元素位极图得出最优组参数为功率22kw、送粉速率15g·min-1、喷涂距离为90mm、主气流量56.6L·min-1，得到的涂层与基体最大结合强度为43.6MPa；(3)利用SEM、EDS分析测试手段，研究了断口形貌和涂层的组织结构，结果表明涂层与基体间的结合方式为微冶金结合。关键词：等离子喷涂；NiCr-Cr3C2涂层；结合强度；正交试验江苏科技大学本科毕业设计（论文）IIAbstractHorizontalcontinuouscastingisthemainmethodofbilletproducedforthemodernbigsteel(tube)factoriesaswellascopperalloymouldisthemostcriticalconsumablepartsofhorizontalcontinuouscastingequipment.Inthecourseofusage,theinnersurfaceofthecopperalloymouldisworkingonverypoorconditions,itcontactsdirectlywith1475~1570℃hightemperatureliquidsteel,whichisveryeasytoproducevariousformsoffailure.Themainformsofthefailurearegeneratingheatcrack,wear,peeling,scratching,corrosionandsoon,inordertoimprovethelifeofcopperalloymould.ThispapermainlystudyingonheattreatmentofCuCo2BealloyandSurfacemodification－arcsprayingstrengtheningprocessofcopperalloymouldonthebasisofcomprehensivelyanalyzingtheformoffailureandthemechanismforthecopperalloymould.Theresultsareshownasfollows:(1)ComprehensiveperformanceofCuCo2Bealloycanbeacquiredaftersolutiontreatmentof950℃×1.5h+460℃×1haging.Atthiscondition,hardnessisHB277.44,conductivityreaches54.48%IACS;(2)Asanindicatorofthebondingstrengthofthecoatingandthesubstrate,byorthogonalanalysis,thecontrolofvarioussprayparameters,averypoorandtheElementalFigurederivedtheoptimalsetofparametersforthepowerof22kw,powderfeedingrateof15g·min-1,thespraydistanceof90mm,themaingasflow56.6L·min-1,thecoatingandthesubstratebondstrength43.6MPa;(3)TestingmeansofSEM、EDSanalysistostudythefracturemorphologyandtheorganizationalstructureofthecoating,theresultsindicatethatthebindingmodebetweenthecoatingandthesubstrateforthemicro-metallurgicalcombine.Keywords：plasmaspraying；Cr3C2-NiCrcoating；bondingstrength；orthogonaltest江苏科技大学本科毕业设计（论文）III目录第一章绪论.........................................................................................11.1前言..............................................................................................................................11.2铜及铜合金的应用现状及发展趋势..........................................................................11.3热处理强化工艺..........................................................................................................21.4热喷涂强化工艺..........................................................................................................41.5等离子喷涂强化..........................................................................................................51.5.1等离子喷涂工作原理及典型设备........................................................................51.5.2等离子喷涂技术特点及涂层应用........................................................................61.5.3等离子喷涂涂层存在的缺陷................................................................................81.5.4等离子喷涂技术发展趋势....................................................................................81.6论文意义....................................................................................................................91.7论文研究内容.................................................