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1、含固体润滑剂的激光熔覆层的制备及其组织结构研究指导教师：张瑞军小组成员：孙红云 翟龙1 1目录项目背景项目进展情况和阶段成果经费使用“博客”维护项目建设存在的问题分析改进措施下阶段项目建设计划2 2项目背景机机械械部部件件的的摩摩擦擦磨磨损损是是材材料料失失效效的的三三大大主主要要形形式式之之一一。所所以以为为了了减减少少巨巨大大的的经经济济损损失失，开开展展材材料料磨磨损损的的基基础础研研究究，探究新的减摩抗磨技术是十分必要的。探究新的减摩抗磨技术是十分必要的。 表表面面改改性性技技术术通通过过在在工工作作表表面面形形成成新新的的物物理理化化学学状状态态，改改善善或或赋赋予予表表面新的性质。
2、面新的性质。3 3优化抗摩性质的途径之一就是增大表面的硬度。优化抗摩性质的途径之一就是增大表面的硬度。优化抗摩性质的途径之一就是增大表面的硬度。优化抗摩性质的途径之一就是增大表面的硬度。问问问问题题题题：摩摩摩摩擦擦擦擦副副副副的的的的磨磨磨磨损损损损问问问问题题题题，摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数过过过过大大大大使使使使得得得得摩摩摩摩擦擦擦擦副副副副迅迅迅迅速速速速被被被被磨损。磨损。磨损。磨损。解决：硬质润滑涂层。即解决：硬质润滑涂层。即解决：硬质润滑涂层。即解决：硬质润滑涂层。即: : 硬硬质质相相与与软软质质相相相相配配合合，从从而而达达到到抗磨减摩效果抗磨减摩效果。4 4激光表面
3、熔覆技术激光表面熔覆技术以以激激光光为为能能源源可可以以实实现现热热输输入入的的准准确确控控制制同同时时熔熔覆覆温温度度高高，冷冷却却速速度度快快，成成分控制好，热影响小。分控制好，热影响小。可以得到：组织致密，性能优越的涂层。可以得到：组织致密，性能优越的涂层。效效果果：高高硬硬度度，准准确确成成分分，对对基基体体影影响响小。小。5 5固体润滑剂MoS2的使用目的是使熔覆层具有一定的润滑性，起到初始的减摩作用。特殊润滑剂纳米金刚石粉末在熔覆层摩擦服役过程中将转变为石墨从而达到使熔覆层越磨损越润滑的效果。6 6项目进展情况 总体来说，到目前为止实验进行了三个阶段：资料查询及实验方案设计未对粉末
4、进行任何处理的初步熔覆实验对MoS2进行金属包裹处理后的系列熔覆实验7 7 不同粘结剂的使用效果 粘结剂类型粘结剂类型 涂层效果涂层效果无水乙醇无水乙醇表面涂层后，涂层粘稠性不大，但定型性很好，整体性尚可，整表面涂层后，涂层粘稠性不大，但定型性很好，整体性尚可，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，极易干燥，放在室内环境下体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，极易干燥，放在室内环境下既可快速干燥，干燥后成固体状态，定型很好，但有裂痕，粘结既可快速干燥，干燥后成固体状态，定型很好，但有裂痕，粘结性不好，很松散，稍经振动涂层整体就会松散垮掉性不好，很松散，稍经振动涂层整体就会松散垮掉 环氧树脂环氧树脂表面涂
5、层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现表面涂层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，放入干燥炉中以黄色物质浮现，放入干燥炉中以7070干燥干燥2727个小时后仍呈极粘稠个小时后仍呈极粘稠状，与刚涂覆时状态相似，状，与刚涂覆时状态相似，稀硅酸钠溶液稀硅酸钠溶液表面涂层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现表面涂层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，放入干燥炉中以黄色物质浮现，放入干燥炉中以7070干燥干燥2727个小时后仍呈极粘稠个小时后仍呈极粘稠状，与刚涂覆时状态相似，状，与刚涂覆时状态相似，8 8 对熔覆层进行了对熔覆层
6、进行了X X射线衍射分析，发现基本不存在多硫化相，更没射线衍射分析，发现基本不存在多硫化相，更没有有MoSMoS2 2的存在，并且有单质的存在，并且有单质MoMo的存在。的存在。9 9软质相保留：润滑的保证软质相保留：润滑的保证使使得得熔熔覆覆层层内内含含有有具具有有润润滑滑作作用用的的软软质质相。起到润滑的作用。相。起到润滑的作用。MoS2:优优点点，具具有有润润滑滑性性。缺缺点点：高高温温下比较活泼，难以保留。下比较活泼，难以保留。想想法法：保保护护处处理理，使使其其在在高高温温过过程程中中得得以保留。以保留。 包裹包裹1010可行方法可行方法化化学学镀镀：物物质质表表面面的的自自催催化化
7、作作用用下下经经控控制制化学还原法进行金属沉积的过程化学还原法进行金属沉积的过程 步骤：去油步骤：去油 敏化敏化 活化活化 化学镀化学镀1111镀铜溶液的成分配比1212镀镍溶液的成分配比1313不同激光功率下激光熔覆过程的现象及熔覆层的表征不同激光功率下激光熔覆过程的现象及熔覆层的表征（包裹后）（包裹后） 功率功率熔覆现象及熔覆层表征熔覆现象及熔覆层表征 600W600W熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象。熔覆层很平整，激光熔覆熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好。的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好。800W
8、800W熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象，偶尔出现亮点。熔覆层很熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象，偶尔出现亮点。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好仅有个别地方平整，激光熔覆的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好仅有个别地方出现孔隙。出现孔隙。1000W1000W熔覆过程中熔池稳定，出现个别地方轻微爆炸现象。熔覆层很平整，激光熔熔覆过程中熔池稳定，出现个别地方轻微爆炸现象。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感较明显，与基体结合很好没有孔隙。熔覆层表面有一些看似已经覆的道次感较明显，与基体结合很好没有孔隙。熔覆层表面有一些看似已经熔融过的小颗粒或是小气孔
9、分布于黑色道次熔融过的小颗粒或是小气孔分布于黑色道次, ,边界周围存在一些气孔。边界周围存在一些气孔。1200W1200W熔覆过程中熔池已不稳定，出现很强烈的燃烧现象，护目镜下看到黄色激光熔覆过程中熔池已不稳定，出现很强烈的燃烧现象，护目镜下看到黄色激光下出现类似于红色的火苗，极其明显，高度大概有下出现类似于红色的火苗，极其明显，高度大概有1515左右，味道呛鼻。熔左右，味道呛鼻。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感不太明显与基体结合很好没有孔隙。熔覆层覆层很平整，激光熔覆的道次感不太明显与基体结合很好没有孔隙。熔覆层表面有一些看似已经熔融过的小颗粒几乎分布于整个表面表面有一些看似已经熔融过的小颗粒
10、几乎分布于整个表面1414不同功率的X射线图谱对比激光功率的作用激光功率的作用15151,软质相的保留软质相的保留从图中的特征峰不难看出从图中的特征峰不难看出MoS2MoS2的变化，只是在的变化，只是在600W600W的功率下存在两个特征峰，而在的功率下存在两个特征峰，而在800W800W的情的情况下，便排除了况下，便排除了MoS2MoS2具有相当量的存在的可能，具有相当量的存在的可能，1000W,1200w1000W,1200w时的情况一样如此。而时的情况一样如此。而Mo2O3Mo2O3（Mo2S3Mo2S3具有良好的耐磨和润滑性）的大具有良好的耐磨和润滑性）的大致含量变化在致含量变化在80
11、0W800W时达到最大，之后便是减少，时达到最大，之后便是减少，直到几近消失同时在直到几近消失同时在800W800W时存在了相当量的时存在了相当量的WS2WS2（具有润滑性）而在（具有润滑性）而在1000W1000W和和1200W1200W时时WS2WS2的量逐次减小至很少。的量逐次减小至很少。1616激光功率的作用激光功率的作用2.功率越高，各种物相分布越均匀。1717激光功率的作用激光功率的作用3.激光功率对表面硬度有影响。600W600W时硬度（时硬度（HVHV） 1000W1000W时硬度（时硬度（HVHV）熔覆层表面熔覆层表面 1376.891376.89、292.57 997.14
12、292.57 997.14熔覆层上部熔覆层上部 1429.471429.47、1325.60 1409.851325.60 1409.85、1300.961300.96熔覆层中部熔覆层中部 1066.34 1268.741066.34 1268.74结合部熔覆层结合部熔覆层992.87992.87、1297.34 1069.611297.34 1069.61、857.32857.32结合部基体结合部基体 600.47600.47、559.14 443.94559.14 443.94、548.47548.47基体基体 475.77 441.83475.77 441.831818熔覆层组织激光熔覆
13、层的组织形态是以胞状晶和树枝晶为主，当然也有TiC、WC这些未熔相分布在熔覆层基体中。 1919阶段性结论 1 1 激光熔覆层具有很高的硬度，约在激光熔覆层具有很高的硬度，约在1200HV1200HV左右，这是由熔覆层经过左右，这是由熔覆层经过激光熔覆过程中得到细晶强化，和熔覆层中激光熔覆过程中得到细晶强化，和熔覆层中TiCTiC、WCWC等硬质相颗粒的等硬质相颗粒的存在导致的。存在导致的。 2 2 对对MoS2MoS2进行敏化活化处理后成功进行了进行敏化活化处理后成功进行了MoS2MoS2表面的化学镀金属。表面的化学镀金属。使得使得MoS2MoS2得到了保护，为自润滑涂层的得到提供了保证得到
14、了保护，为自润滑涂层的得到提供了保证 3 3 激光功率参数不仅对激光功率参数不仅对MoS2MoS2的保护有影响，更对熔覆层中不同物相的的保护有影响，更对熔覆层中不同物相的分布产生决定性影响。激光功率应定在分布产生决定性影响。激光功率应定在800W800W时，含硫相比较丰富，时，含硫相比较丰富，熔覆层底部含熔覆层底部含WW相很多，中部含相很多，中部含WW相已经很少，表面含相已经很少，表面含WW相基本消失。相基本消失。激光功率应定在激光功率应定在1200W1200W时，含硫相基本消失，但不同的物相在熔覆层时，含硫相基本消失，但不同的物相在熔覆层中分布均匀。中分布均匀。 4 4 熔覆层内部的熔覆层内
15、部的S S元素在不处于较大对流的前提下，运动不到熔覆层元素在不处于较大对流的前提下，运动不到熔覆层表面，从而不与空气中氧气接触，表面，从而不与空气中氧气接触，S S元素得到保留从而与其它金属元元素得到保留从而与其它金属元素反应生成多种硫化物。素反应生成多种硫化物。2020经费使用情况 到目前为止，经费支出总计约4000余元，其中，资料费200元，原材料购置支出2200元，熔覆试验费支出800元，分析测试费1000元。 2121博客维护按期提交进度报告，发表有关实验日志9篇博客访问量达到13000人次2222项目建设存在的问题分析软质相的保留问题：虽然通过化学镀在低功率下保留了一定的软质相，但在
16、高功率下，包裹软质相的金属会融化，软质相仍会分解。2323改进措施在对在对MoS2MoS2的进行了化学镀后，再对的进行了化学镀后，再对MoS2MoS2保护进保护进行后续处理，可在化学镀后配合电镀。因为经过行后续处理，可在化学镀后配合电镀。因为经过化学镀，化学镀，MoS2MoS2粉末的表面已经具有一层导电物质，粉末的表面已经具有一层导电物质，彻底克服了彻底克服了MoS2MoS2不导电的问题。所以经过化学镀不导电的问题。所以经过化学镀处理之后，处理之后，MoS2MoS2粉末表面可以电镀上熔点更高也粉末表面可以电镀上熔点更高也更耐磨的金属。这样会起到更好的保护效果，可更耐磨的金属。这样会起到更好的保护效果，可以为提高激光功率参数打下基础。以为提高激光功率参数打下基础。 2424下阶段项目建设计划及预期成果对MoS2MoS2保护采用化学镀后再配合电镀，以期能在保护采用化学镀后再配合电镀，以期能在高功率下保留软质相。高功率下保留软质相。激光功率参数选择探讨：激光功率参数的选择激光功率参数的选择不仅涉及到不仅涉及到MoS2MoS2的保护程度，更涉及到了熔覆层的保护程度，更涉及到了熔覆层中不同物质的分布，中不同物质的分布， 拟进行多组对比实验，以期拟进行多组对比实验，以期得到最佳功率参数。得到最佳功率参数。25252626
