1。介绍
钢仍是重要的结构材料之一,因为它成本相对较低,加工性能高,操作的属性使用合金设计的原则,热处理,等等
1 ]。不幸的是,它的服务属性如耐腐蚀,抗氧化,并不是很好。这种限制是因为钢铁表面上的氧化层形成非紧一个(
1 ]。这种限制是可以克服的,适当修改钢的表面,通过改变表面化学(在表面合金化)或另一个金属表面的沉积
2 ]。熔敷金属可能自己给有益的属性或在适当的转换。在这个数,沉积一层薄的铝钢非常相关。铝层,当它被氧化,形成致密氧化层,防止基体钢氧化、腐蚀和磨损
3 ,
4 ]。一层薄的铝钢可以通过各种方式获得的,也就是说,液体路线和固体的路线。热浸喷铝使用液体的路线是一个主要的方法,但这条路是残疾的脆性金属间化合物的形成(
5 ]。像包喷铝化学路线不涉及使用液态,但他们也包括处理在高温长时间,再次引起金属互化物和晶粒生长基质。在这种情况下摩擦堆焊是一种很有前途的路线。它可以产生一个铝层钢衬底(
6 ,如果需要一个紧凑的氧化层顶层可以进行氧化。在摩擦表面堆焊的组件修改使用机械能使用摩擦生成工具(
7 ]。一个可以添加合金元素在摩擦堆焊将与底物混合生成一个合金表面。在摩擦堆焊,工具是消耗品,根据底物和工具材料的相对优势,以及温度达到,衬底和工具或工具材料会发生塑性变形。这将导致合金表面附近导致表面性质的变化(
8 ]。摩擦堆焊的钢铁和铝、钢用作基质和铝是可消费的工具。如果摩擦堆焊参数适当可以获得一个统一的铝沉积在钢表面(
6 ]。铝层将钢(铁)粒子嵌入在生产工艺及复合层钢表面(
6 ]。探讨形成的复合层在摩擦堆焊与铝(钢)。
2。材料和实验方法
2.1。材料和加工
中碳钢板(C = 0.35, Mn = 0.65, P = 0.03, = 0.04;都在wt. %)作为底物。基板尺寸是150毫米长度,宽度70毫米,8毫米厚度。控制粗糙度在钢基体上获得的衬底表面使用传统铣床铣削。园过程中产生铣削深度用横断面测量显微镜和在25-32微米的范围(嗯)。研磨表面的粗糙度测量使用Veeco光学轮廓仪。测量粗糙度(Ra)在8.3 5.8嗯嗯的范围。纯商业纯铝(99.6%),可用挤压杆的形式,被用作可消费的工具。挤压杆是机加工的尺寸100毫米和25毫米直径和长度用于沉积。摩擦堆焊是使用机器完成由M / s埃塔技术,印度班加罗尔。 Figure
1 显示了一个示意图表示摩擦堆焊(
8 ]。
图1
摩擦堆焊方案(
8 ]。
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使用不同处理条件下沉积。正常负载是3 kN、4 kN, 5 kN。这给了6.1 MPa的压力水平,8.1 MPa和10.2 MPa的消耗品的工具。刀具主轴转速是200 rpm和400 rpm的不同而不同。工具深度为40毫米。工具深度跳水是总深度的工具可以降低机器。对所有实验工具旅行速度被固定为35毫米/分钟。为了方便样本贴上T1, T2,…, T6表中列出
1 。所有的实验都是在200年代开放大气条件和完成。
表1
工艺参数对各种样品和质量沉积。
试验没有。
工具旅行速度(毫米/分钟)
加载(kN)
主轴转速(rpm)
沉积的质量
T1
35
3
200年
粉沉积,
T2
35
3
400年
沉积比T1,还是粉状
T3
35
4
200年
不连续和不同的宽度。
T4
35
4
400年
良好的均匀、连续沉积
T5
35
5
200年
连续的,不同的宽度
T6
35
5
400年
良好的沉积,宽度超过T4
2.2。描述的存款
质量沉积研究使用各种参数,即沉积性质(粉状),连续性,宽度均匀。这些信息也被列在表格
1 。形态的调查,进行横断面显微镜组成,利用扫描电子显微镜(SEM)和EDS附件。存款的识别阶段使用x射线衍射测量(XRD)使用
铜
K
α
辐射。
3所示。结果与讨论
3.1。沉积的质量
沉积的质量是决定基于macroobservation使用正常的眼睛或低放大率工具(放大10倍)。存款是粉状、片状(不连续和不同宽度),或连续的。在连续群体中,宽度可以均匀或不均匀。覆盖的表面,连续与统一的宽度(最好)沉积是至关重要的。图
2 显示了示例T6的macroimage。轨道长度约为30厘米,宽度是在25 - 30毫米的范围。从macroimage我们可以得出这样的结论:沉积连续,几乎统一的宽度。的沉积质量密切相关的热量输入接口和分区之间的热底物和工具。的热量输入接口(嗨)可以写成
7 ]
(1)
热
输入
(
嗨
)
=
权力
输入
扫描
速度
。
推断这个概念从搅拌摩擦焊接
7 电源输入(π)可以写成主轴转速的函数(
年代
)和转矩(
米
):
(2)
π
=
年代
*
米
。
为了简单起见,能量损失与驱动器和传输系统是被忽视的。机械能可以在substrate-tool接口被分割在加热和变形组件所需的局部塑性变形(
10 ,
11 ]。的热量输入界面主要由传导会消散。界面的温度上升是足以使铝界面附近的塑料,和相对滑动的工具对塑料材料的基质导致传输作为一个薄层。这就解释了为什么好的沉积被认为只有在一定的负载和转速组合(其他参数保持江诗丹顿我们实验)。它只能提到铝边成为塑料,而温升并不足以使钢塑料。
Macroimage沉积用的5 kN的正常负载和主轴转速为400 rpm。右边一个小区域放大从长期跟踪显示。
(一)
![]()
(b)
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3.2。地形的细节
图
3(一个) 显示了一个低放大率在二次电子图像扫描式电子显微镜下观察到的模式。可以指出,地形信息更好的显示在这种模式下(
12 ]。没有标记的典型表面铣削过程。表面有偶尔microhills(箭头标志)在平面上。背散射electron-compositional显微照片(BEC图像)呈现在图
3 (b) 显示了两种类型的对比,即白色区域,主要是铁和灰色区域主要是铝。必须指出显微图(数字
3(一个) 和
3 (b) )是来自同一地区,在相同的放大。通过比较(图的地形信息
4(一) (图)和成分信息
4 (b) 我们得出结论,地形变化观察图
3(一个) 不是由于富含铁和富铝的沉积区域层。
(一)低放大率friction-surfaced地区的显微照片。(b)扫描电镜:背散射electron-compositional (BEC)的形象。(c)和(d)显微图取自Fe-rich含有如此丰富铝和图(b)的区域。在图含有如此丰富铝(c)地区细铁粒子。(d) Fe-rich地区嵌入式小粒子。
(一)
![]()
(b)
![]()
(c)
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(d)
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(一)横断面显微镜显示统一的沉积。(b) Fe-Al存款界面的性质。(c)光滑,薄铝和铁之间的接口。(d)细铁粒子嵌入在沉积。
(一)
![]()
(b)
![]()
(c)
![]()
(d)
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3.3。代表性的显微镜
图
4(一) 显示了沉积区域的截面图。沉积厚度非常均匀,和测量长度超过1毫米厚度在90到106的范围哦。接口是宏观上光滑的,没有任何配置文件中创建表面铣削。这是在图更加清晰可见
4 (b) 。图
4 (b) 提出了衬底material-deposit材料之间的界面。接口和小相对光滑。整个界面(图的概要文件
4 (c) )显示最低(几乎为零)的混合物种两侧的接口。这句话是不考虑材料转移的形式粒子这是可见的白色粒子嵌入到沉积铝(铁)。图
4 (d) 从图显示了一个高倍率显微镜
4(一) 。我们看到铁纳米尺度的粒子(箭头指针数据
4 (b) 和
4 (d) )嵌入在铝矩阵。粒子的平均间距也很小,表明他们将贡献粒子强化(
13 ]。强大的铁粒子将加强软基体。
3.4。识别阶段
图
5 显示了两个样品的x射线衍射分析(即T5和T6)。XRD情节为其他样品是相似的。x射线衍射图表明,矿床由铁和铝。从显微结构的观察和x射线衍射结果我们说存款是铝和铁的机械混合物。没有其他阶段(Fe-Al金属互化物)形成可由XRD检测。
图5
XRD的两个样品,即T5(顶部)和T6(底部)。
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3.5。在摩擦堆焊复合层的形成
XRD和SEM研究我们可以得出结论,存款是铝和铁的机械混合物。以来,可消费的工具是纯铝,在摩擦堆焊,铁粒子必须形成有与铝混合。这导致了复合层的沉积铝和钢铁。形成一个复合层类似于材料转移在摩擦条件下(
9 ),可以解释如下。
一开始摩擦堆焊两表面粗糙。这些艰苦的条件有不同的空间尺度。这意味着只有少数表面微凸体相互接触形成一对联系(
14 ]。接触点的有效应力相比可能非常高的平均压力估计使用正常负载和初始截面直径。当两个表面之间的相对滑动,表面微凸体将发生变形。作为一个较弱的材料,塑性变形会更向阿尔比菲。实际压力值会很高,它将随表面微凸体的形态。艾尔,尽管更多的韧性,可能很容易破裂,因为可怜的强度值。但新鲜表面,两个铝表面有机会得到重焊。另一方面,铁是一种应变可硬化的材料和粗糙面接触他们将变得困难,易碎,得到剪切滑动。尽管断裂表面清洁和新鲜,由于小
T
/
T
米
(
T
界面的温度,
T
米
熔点,两者都是开尔文)对钢铁,他们重焊的可能性很小。图
6 显示原理方法在粗糙的压裂提示摩擦接触。Fe-Al界面如图
4 (b) 显示减少格罗夫深度(少于5嗯)相比,初始格罗夫深度(25-32嗯)。这支持的论点在硬铁表面粗糙面山得到在剪切破碎。破碎的铁粒子软铝层和混合混在一起会沉积在摩擦浮出水面。
图6
计划导致粗糙压裂和纳入第二材料在滑动摩擦条件下(
9 ]。
γ
:剪切应变。
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