Ni-Ti冷喷涂层在温度作用下的原子扩散行为及其组织性能研究

论文摘要

NiTi金属间化合物除具有形状记忆性能外,还具有优异的抗空蚀、抗冲蚀性能,并应用在水轮机、螺旋浆等过流部件具有广阔的应用前景。但由于NiTi合金不宜加工,选择喷涂方法制备Ni-Ti涂层成了理想方法；为了研究NiTi金属间化合物涂层形成的机理,本文采用Ni和Ti粉末及其机械合金化粉末制备了不同Ni/Ti扩散偶,观察了Ni-Ti在不同温度作用下的扩散界面并分析Ni和Ti扩散过程,重点研究了通过冷喷涂制备Ni/Ti涂层并在不同温度、保温时间不同下Ni-Ti的扩散行为及扩散形成NiTi金属间化合物机理；并研究了冷喷涂NiTi涂层的空蚀性能,为冷喷涂制备高性能的NiTi金属间化合物涂层提供理论依据。试验表明冷喷涂可制备出与球磨粉末基本一致的致密、无氧化Ni/Ti合金涂层。热处理条件对冷喷涂Ni/Ti扩散偶涂层组织结构及相结构影响显著。通过SEM观察Ni/Ti扩散后的界面形貌发现,随着热扩散温度的提高,Ni与Ti原子扩散加快,扩散前期阶段为固-固扩散,后期为扩散-固溶机制：且Ni3Ti、Ti2Ni和NiTi金属间化合物都有明显增加,Ni3Ti和Ti2Ni首先形成；随热处理保温时间的增加,涂层中NiTi金属间化合物呈单调递增规律,而对NiTi和Ti2Ni的生长影响不大。球磨时间显著影响Ni/Ti合金粉末内部层状组织的细化程度,低温球磨7.5h的Ni/Ti合金粉末在热扩散作用下更易获得NiTi金属间化合物。通过震动空蚀试验对未热处理及热处理的涂层比较分析发现,热处理后的NiTi金属间化合物涂层抗空蚀性能更好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 冷喷涂概述
• 1.1.1 冷喷涂原理
• 1.1.2 冷喷涂特点
• 1.1.3 冷喷涂应用研究进展
• 1.2 NiTi国内外研究现状
• 1.2.1 NiTi国外研究现状
• 1.2.2 NiTi国内研究现状
• 1.2.3 NiTi金属间化合物涂层制备方法及其局限性
• 1.3 本课题研究意义及内容
• 第二章 机械合金化制备Ni/Ti粉末
• 2.1 机械合金化装置及原理
• 2.1.1 机械合金化球磨机理
• 2.1.2 机械合金化的理论模型
• 2.2 低温球磨制备Ni/Ti粉末
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 试验结果及分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 Ni-Ti冷喷涂层元素的扩散行为研究
• 3.1 Ni-Ti扩散研究现状
• 3.2 Ni-Ti扩散偶涂层制备
• 3.2.1 实验装置及材料
• 3.2.2 冷喷涂工艺参数
• 3.2.3 热处理工艺参数
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 热处理对Ni-Ti冷喷涂层扩散偶的影响
• 3.3.2 热处理对低温球磨Ni/Ti扩散偶涂层的影响
• 3.3.3 热处理后Ni/Ti冷喷涂层相分析
• 3.3.4 Ni-Ti冷喷涂层元素扩散机理分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 空蚀性能测试
• 4.1 空蚀概述
• 4.2 空蚀机理
• 4.3 空蚀性能研究现状
• 4.4 试验方法
• 4.4.1 试验材料
• 4.4.2 空蚀实验装置
• 4.4.3 空烛试验步骤
• 4.5 试验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文