gcr15圓鋼內(nèi)壁噴涂耐磨涂層發(fā)展方向

        軌道交通正向高速、重載的方向發(fā)展。機車零部件的服役狀態(tài)更加惡劣，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展。失效速度加快，零部件使用壽命縮短。因此，對機車零部件的性能提出了更高要求。機車氣缸套和活塞環(huán)是內(nèi)燃機中最重要的摩擦副，由于磨損和穴蝕，缸套需經(jīng)常更換。采用等離子噴涂技術在gcr15圓鋼內(nèi)壁噴涂耐磨涂層，實現(xiàn)缸套的綠色再制造，一項綠色環(huán)保的制造技術。本文在國內(nèi)外氣缸套再制造技術調(diào)研和分析的基礎上，提出通過熱噴涂技術對廢舊氣缸套實施再制造，提高gcr15圓鋼表面摩擦學性能，并研究其中涉及的技術問題。以NiCrBSi材料為基材，研究Al2O3和Mo材料的含量對涂層結構與性能的影響，并對所得涂層進行金相組織、相結構、顯微硬度和摩擦學性能等方面的表征，比較Mo-NiCrBSi涂層在干、油以及邊界潤滑條件下的摩擦學性能，分析摩擦磨損機理。首先，利用等離子噴涂方法在304不銹鋼基體上制各NiCrBSi涂層，涂層主要由γ-NiCrBCr2BNi3B等相組成，涂層存在非晶組織和晶體位錯等缺陷。等離子噴涂粒子熔化較好，觀察到熔融粒子在涂層內(nèi)部因撞擊鋪展而形成的層狀堆積，測量結果顯示扁平粒子的厚度在510μm之間，涂層孔隙率為1.72％，顯微硬度約為850HV然后，gcr15圓鋼利用膠粘混粉方式對Al2O3與NiCrBSi兩種粉末進行混合，利用機械混粉方式對Mo與NiCrBSi粉末進行混合，并利用等離子噴涂方法制備Al2O3-NiCrBSi和Mo-NiCrBSi復合涂層，分析了Al2O3和Mo含量對涂層組織結構與摩擦學性能的影響規(guī)律，基于涂層往復摩擦實驗的磨痕形貌對摩擦磨損機理進行了分析。結果表明，Al2O3-NiCrBSi復合涂層由Al2O3增強體與NiCrBSi基體組成。涂層主要成分是α-A l2O3少量β-A l2O3以及NiCrBSi非晶組織。

gcr15圓鋼增強體含量對涂層的組織結構及耐磨性能有明顯影響。Al2O3含量較少時，無法在涂層中的得到足夠的強化相;A l2O3含量過多時，雖然涂層硬度較大，但是脆性也很大，沒有足夠的NiCrBSi固定Al2O3摩擦過程中易整片脫落并形成磨粒。Mo-NiCrBSi涂層中Mo顆粒熔化和鋪展較好，呈現(xiàn)帶狀的扁平化粒子形貌，均勻分布在涂層中。涂層中出現(xiàn)了Ni3BCr2BCr3C2等硬質(zhì)相，非晶寬化現(xiàn)象也比較明顯。隨著Mo含量增加，涂層硬度逐漸降低。摩擦學測試結果顯示:干摩擦條件下，涂層與對磨球在摩擦過程中形成MoO2潤滑層，可降低摩擦系數(shù)并抑制磨粒的形成。干摩擦條件下，Mo-NiCrBSi涂層中的主要磨損機制是粘著磨損，Mo-NiCrBSi耐磨性能要優(yōu)于Al2O3-NiCrBSi涂層。最后，針對Mo-NiCrBSi涂層開展了油潤滑摩擦試驗，Mo-NiCrBSi涂層在油潤滑條件下摩擦系數(shù)顯著下降，穩(wěn)定性明顯得到改善，且Mo含量對降低涂層摩擦系數(shù)有顯著作用。EDS結果表明，機油摩擦過后的磨痕表面有0.34wt％的S元素。相反，相同條件下的非磨表面的S含量為0表明Mo與機油發(fā)生反應生成MoS2潤滑膜。隨著Mo含量的增加，顆粒剝落情況越來越少，磨痕越來越淺。當Mo含量為30wt％時，Mo-NiCrBSi涂層的磨損量僅為純NiCrBSi涂層的4％。邊界潤滑條件下Mo-NiCrBSi涂層的摩擦系數(shù)曲線主要由1最初的油潤滑階段;2邊界潤滑狀態(tài);3近乎進入干摩擦狀態(tài);4干摩擦狀態(tài)，共4個部分組成。隨著Mo含量的增加，摩擦系數(shù)突變時間由NiCrBSi涂層的50分鐘增加到30％Mo-NiCrBSi涂層的660分鐘，表明Mo能有效延長涂層由邊界潤滑進入干摩擦狀態(tài)的時間。