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点焊电极表面电火花原位沉积ZrB2-TiB2复相涂层及涂层缺陷控制研究
| 论文题名： | 点焊电极表面电火花原位沉积ZrB2-TiB2复相涂层及涂层缺陷控制研究 |
| 关键词： | 机械合金化;二硼化锆;二硼化钛;电火花沉积;涂层缺陷控制;汽车生产;点焊镀锌钢板;复相涂层;电极寿命 |
| 摘要： | 点焊是汽车生产中重要的工艺方法,在点焊镀层钢板时,由于电极的过早失效使汽车生产成本提高和生产率降低，所以提高电极寿命是急需解决的前沿课题。 为提高点焊镀锌钢板电极使用寿命，在点焊电极表面通过电火花沉积制备了ZrB2-TiB2复相涂层。通过机械合金化Zr-Ti-B（摩尔比1：1：4）粉末及半烧结工艺获得了用于电火花原位沉积 ZrB2-TiB2复相涂层用放电电极。电火花原位沉积ZrB2-TiB2复相涂层用放电电极的机械合金化参数为：球磨时间20h、球料比20:1，球磨转速500rpm；放电电极成型压力300MPa较为适宜、1 wt％成型剂（液态石蜡）和5wt%Ni金属粘接剂加入量在保证压坯强度同时，还能保证烧结后放电电极具有较好致密性；为满足原位沉积目标涂层需要，烧结温度1450℃较为合适。 ZrB2-TiB2复相涂层通过电火花原位沉积获得理想沉积参数为：电容2000μF、电压12V、点焊电极转速700rpm、沉积时间120s，放电电极振动频率30Hz。 针对ZrB2-TiB2复相涂层由于制备工艺及材料固有性能所导致的缺陷，采用了氩气保护、过渡层结构、超声辅助电火花沉积，以及搅拌摩擦后处理工艺实现了涂层缺陷控制。采用氩气保护能有效控制涂层氧化；预涂 Ni后再电火花沉积 ZrB2-TiB2复相涂层柱状晶区有所减小，涂层与基体界面处分层缺陷得以控制；超声辅助能有效细化涂层晶粒尺寸，并消除柱状晶区；搅拌摩擦弱规范对改善涂层表面质量有一定帮助。 对经沉积参数优化并缺陷控制后的 ZrB2-TiB2、ZrB2-TiB2/Ni涂层电极进行了焊接窗口实验，实验发现 ZrB2-TiB2/Ni涂层电极具有最宽焊接窗口、ZrB2-TiB2涂层电极次之，无涂层电极焊接窗口最小；点焊电极主要失效机制包括塑性变形、合金化，点蚀；ZrB2-TiB2/Ni涂层电极平均寿命为3700点、ZrB2-TiB2涂层电极平均寿命为2700点，无涂层平均寿命为600点。涂层电极寿命提高的主要原因是涂层能改善点焊电极表面硬度、减缓点焊电极端部塑性变形以及电极表面合金化。涂层与基体间较差的结合力，是导致ZrB2-TiB2涂层电极寿命低于ZrB2-TiB2/Ni涂层电极寿命之主要因素。对于无涂层电极、ZrB2-TiB2涂层电极，电极塑性变形、合金化是其失效主要形式；对于 ZrB2-TiB2/Ni涂层电极，涂层作用一直持续至电极失效，电极失效形式主要表现为塑性变形。 |
| 作者： | 罗平 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 董仕节;吴丰顺 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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