模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的構(gòu)成部分,通常在高負(fù)荷、高沖擊力的環(huán)境中工作。提高模具的性能,延長其使用壽命是十分必要的,因此對模具用鋼進行表面強化處理是一種行之有效的方法。利用表面納米化方法可以有效降低化學(xué)熱處理溫度、優(yōu)化金屬表面的結(jié)構(gòu)和性能等優(yōu)勢,解決傳統(tǒng)鹽浴中存在的耗能高、處理溫度高和實驗環(huán)境差等問題。本文將表面納米化與鹽浴滲釩技術(shù)相結(jié)合,利用SMAT在45#鋼表面獲得納米結(jié)構(gòu)表層,利用納米晶鋼所具有的特性在低溫下獲得碳化釩覆層。通過借助光學(xué)顯微鏡（OM）,掃描電子顯微鏡（SEM）,X射線衍射儀（XRD）、HV-1000硬度計、摩擦磨損機等表征手段對SMAT處理后的45#鋼進行組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的分析,對納米表面滲釩層的組織結(jié)構(gòu)和顯微硬度進行分析。主要結(jié)論如下:（1）經(jīng)過SMAT處理,在45#鋼的表面獲得了厚度大于80μm的變形層,表面層晶粒的尺寸大小在48 nm⁷0 nm之間;表層的顯微硬度提升了25.7%,且沿深度方向硬度由表層到中心呈梯度變化;表面磨痕的深度、寬度以及摩擦系數(shù)均小于未經(jīng)SMAT處理的表面。（2）機械研磨的參數(shù)（振動時間和振動頻率）影響納米層深度和... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CVD工藝過程原理圖

中北大學(xué)學(xué)位論文8圖1-2PVD工藝流程圖Fig1-2flowchartofPVDprocess這項技術(shù)幾乎不會產(chǎn)生環(huán)境污染的問題，也便于獲得高硬度和耐磨性的陶瓷涂層和復(fù)合涂層，從而使模具和工件的使用壽命成倍提高，實現(xiàn)低成本、高效益的目的。另外，PVD技術(shù)具有低溫和高能量的特點，可以在多種基底上形成薄膜。然而通過PVD技術(shù)制備的涂層的結(jié)合強度較低，另外我們國內(nèi)PVD領(lǐng)域的技術(shù)力量與其發(fā)展不相適應(yīng)，而且大多數(shù)需要從國外進口先進的設(shè)備和加工技術(shù)。1.3.3激光熔覆技術(shù)激光熔覆技術(shù)是1970年出現(xiàn)的一種新型表面改性方法，指在高能激光束的作用下，待熔覆的材料和基體表面被迅速加熱并熔化，待自激冷卻凝固后在表面形成涂層[27]。自20世紀(jì)80年代以后，激光熔覆技術(shù)發(fā)展迅速，在汽車制造、航空航天、石油化工、機械制造及維修等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，已成為國內(nèi)外表面改性研究的熱點。激光熔覆技術(shù)的主要特點是冷卻速度快、熔覆層稀釋率低、材料變形孝適用領(lǐng)域廣和熔覆層厚度范圍大等。但目前激光熔覆技術(shù)存在熔覆率低、耐沖擊性差、涂層開裂敏感、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。江蘇大學(xué)的黃蕾等人在H13鋼的表面使用激光熔覆技術(shù)制備出NiCr/Cr3C2復(fù)合涂層，結(jié)果表明：涂層的平均顯微硬度是基體的2.5倍，耐磨性能得到明顯的提升[28]。北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的高慧等人采用激光熔覆技術(shù)，在以Cr12MoV鋼為基體的耐火模具表面制備鎳基熔覆層，解決了此類模具在使用過程中出現(xiàn)的耐磨性差，壽命短和成本高的問題[29]。浙江工業(yè)大學(xué)的樓程華等人使用激光熔覆技術(shù)將Fe基合金粉末熔覆在Cr12MoV模具鋼的表面，結(jié)果表明：硬度最高是921HV0.2，覆層的磨損量僅為基體材料的25％，模具鋼的表面顯微硬度和耐磨性能得到顯著地提高[30]。

中北大學(xué)學(xué)位論文91.3.4表面納米化方法德國著名學(xué)者Gleiter于20世紀(jì)80年代成功制備出納米金屬材料，它是指在三維結(jié)構(gòu)單元中，尺寸中至少有一維在0.1nm到100nm之間。因其在光、電、熱、磁、力等方面表現(xiàn)出傳統(tǒng)材料不具備的特殊性能，所以在環(huán)保、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、軍事等各領(lǐng)域受到人們的廣泛研究。盧柯等人于1999年第一次提出金屬表面納米化的概念，即采用各種物理或化學(xué)方法在金屬材料表面生成納米結(jié)構(gòu)的表面層，同時基底仍保持原始的粗晶粒狀態(tài)，以此金屬材料的表面性能如抗疲勞性等得到顯著地提高。該工藝經(jīng)過20年的蓬勃發(fā)展，在塊狀金屬的表面獲得納米結(jié)構(gòu)層的方法主要有以下三種：表面涂層或沉積、表面自納米化以及混合方式[31,32]。（1）表面涂層或沉積表面涂覆或沉積納米晶是指將預(yù)先加工出的納米級顆粒沉積到金屬材料的表面以形成具有納米晶結(jié)構(gòu)的薄層，其形成原理如圖1-3所示。這種材料的主要特點是：與加工前相比，工件的整體尺寸略有增加；所獲得的納米表面層的晶粒尺寸均勻；基材與納米表面層之間的界面明顯；化學(xué)性質(zhì)好；涂層和基材的化學(xué)成分可以相同也可以不同[33]�，F(xiàn)在，許多常規(guī)的表面強化技術(shù)都有望應(yīng)用到金屬材料表面納米化上，如電鍍、濺射和電沉積等方法，只要合理地調(diào)節(jié)工藝的參數(shù)，就可以方便控制納米晶層的厚度與晶粒尺寸的大校圖1-3表面涂層或沉積示意圖Fig.1-3Schematicofsurfacecoatingordeposition（2）表面自身納米化表面自納米化是指利用加熱或機械的方法提高金屬材料表面的自由能，以便將表面原始的粗晶體細(xì)化為納米尺寸，其形成原理如圖1-4所示。這種材料的主要特征是：晶

【參考文獻】：
期刊論文
[1]表面納米化對工業(yè)純鋯四點彎曲疲勞性能的影響[J]. 王耀勉,成佳鵬,張聰惠.  稀有金屬材料與工程. 2019(08)
[2]H13鋼表面激光熔覆NiCr/Cr3C2涂層組織及其摩擦學(xué)性能[J]. 黃蕾,周建忠,徐家樂,何文淵,聶學(xué)武.  應(yīng)用激光. 2019(04)
[3]淺談模具材料的選擇與應(yīng)用[J]. 馮楠,朱巍峰.  科技風(fēng). 2019(19)
[4]復(fù)合PVD涂層在沖壓模具上的研究及應(yīng)用[J]. 張海洲,崔立春,劉迪祥,王淑俊.  鍛壓裝備與制造技術(shù). 2018(06)
[5]AlTiN、AlTiN–Cu和AlTiN/AlTiN–Cu涂層的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及銑削性能（英文）[J]. 陳浩,陳康華,徐銀超,潘晨曦,易繼勇,祝昌軍.  Journal of Central South University. 2018(03)
[6]新型醫(yī)用鈦合金材料的研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 于振濤,余森,程軍,麻西群.  金屬學(xué)報. 2017(10)
[7]表面納米化對銅鎂合金電化學(xué)腐蝕行為的影響[J]. 關(guān)曉楠,江靜華,陳建清,馬愛斌,宋丹,李學(xué)斌.  中國有色金屬學(xué)報. 2017(03)
[8]Influence of volume percentage of NanoTiB2 particles on tribological & mechanical behaviour of 6061-T6 Al alloy nano-surface composite layer prepared via friction stir process[J]. V.Kishan,Aruri Devaraju,K.Prasanna Lakshmi.  Defence Technology. 2017(01)
[9]輕金屬及其合金表面納米化后的摩擦磨損行為[J]. 湯世云,馬子罡,呂志宇,高晗,郭嘉雯.  合成材料老化與應(yīng)用. 2016(05)
[10]耐火材料模具激光熔覆技術(shù)研究[J]. 高慧,陳斌.  應(yīng)用激光. 2016(03)

博士論文
[1]Cr8型冷作模具鋼高性能化研究[D]. 遲宏宵.昆明理工大學(xué) 2011
[2]模具鋼表面TD法制備碳化釩覆層的研究[D]. 劉秀娟.武漢理工大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于動態(tài)摩擦磨損系數(shù)的先進高強鋼沖壓模具壽命研究[D]. 王成龍.湖南大學(xué) 2018
[2]低碳鋼表面納米化及其滲碳過程的分子動力學(xué)模擬[D]. 魏悠悠.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[3]B2O3基硼釩共滲劑及42CrMo鋼滲層組織性能研究[D]. 韓天.江蘇大學(xué) 2017
[4]高速經(jīng)編機導(dǎo)紗針針坯沖壓模具設(shè)計及制作[D]. 馬康玲.東華大學(xué) 2017
[5]TD鹽浴法制備LD鋼碳化釩覆層及其摩擦磨損性能研究[D]. 萬偉.南昌航空大學(xué) 2015
[6]H13鋼不同固體滲硼工藝制備的滲層高溫摩擦磨損性能與機理研究[D]. 濮勝君.上海大學(xué) 2015
[7]冷作模具鋼表面TD法鹽浴滲釩工藝及應(yīng)用研究[D]. 孔向陽.東華大學(xué) 2011
[8]高能噴丸表面納米化對TC4合金疲勞性能的影響[D]. 閆秀俠.大連交通大學(xué) 2009
[9]H13鋼表面PN+PVD復(fù)合處理的工藝及性能研究[D]. 鄧敏.武漢科技大學(xué) 2009
[10]塑料模具激光精密修復(fù)技術(shù)的研究[D]. 常明.華南師范大學(xué) 2007



本文編號：2999774