镍铝青铜表面激光熔覆非晶复合涂层及耐磨耐蚀性能研究
发布时间：2021-06-01 05:26
镍铝青铜具有良好的力学性能和耐海水腐蚀性等优异性能,是目前船舶螺旋桨的主要材料。随着船舶业的发展和航海需求不断提高,螺旋桨作为船舶的主要推进设备,不但会遭受强烈的冲刷腐蚀和空泡腐蚀,而且还会有泥沙磨损及生物污损等,对镍铝青铜的耐磨耐蚀性能要求更为严苛。本文首先分析了激光熔覆（功率、扫速）对镍铝青铜表面熔覆层组织结构的影响规律,在此基础上制备得到非晶复合涂层,研究了镍铝青铜非晶复合涂层的耐磨和耐腐蚀性能及机理,进一步推进螺旋桨服役寿命的提升。主要的内容和结果如下:（1）研究了激光功率和扫描速度对熔覆涂层微观组织的影响规律。研究结果表明:不同激光工艺参数下所得熔覆层的物相大致相同,随着激光功率的增加,衍射峰强度先下降后又升高,涂层上部的等轴晶先减少后增多,并有粗大的枝晶生成;随着扫描速度的增加,所得涂层的衍射峰减少,峰强降低,顶部区域的等轴晶减少,非晶相增多;熔覆层与基体的结合区组织由粗大的树枝晶或胞状晶组成,随着扫描速度的增加,其枝晶区厚度减少,表明扫描速度的增加有利于抑制晶粒的生长。（2）制备了Cu45Zr47Al8非晶...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋桨的腐蚀现象通常工程应用中的失效发生在工件的表面[2]，因此通过表面工程技术对镍铝
湘潭大学硕士毕业论文3缓慢冷却的条件下，β相会完全转变成α和κ，然而实际的冷却速度较快，在室温下β仍有少量残留相，记为β’，表明具有3R或2H型马氏体结构，并且内部含有大量NiAl析出物[4]。κ相属于金属间化合物，其中κⅡ相是基于Fe3Al的富铁相，多呈球状，尺寸为5~10μm，，一般存在于α/β界面，具有DO3晶体结构和0.577nm的晶格常数。κⅢ相是基于NiAl的富镍相，通常多呈层片状，具有有序的BCC晶体结构和0.288nm的晶格常数。图1.2镍铝青铜在冷却过程中微观组织演变过程[10]1.2.2镍铝青铜在海洋环境中的腐蚀行为国内外一些学者对镍铝青铜的腐蚀行为进行了深入的研究，他们[13-15]发现该合金会生成一层厚度约为1000nm的致密钝化膜，对材料的表面具有一定的保护作用，并且钝化膜是双层的，外层是Cu2O，内层为Al2O3和一些铁和镍的氧化物(Fe2O3和NiO)。但作为螺旋桨材料，长时间运行在高速流动的海水中，同时会受到泥沙及局部应力冲击、空蚀等，从而使所形成的钝化膜受到破坏。腐蚀破坏作为海洋工程材料主要的失效方式[16,17]，在海水中镍铝青铜的腐蚀类型主要包括以下几种：选相腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、腐蚀疲劳。(1)选相腐蚀当合金中的各种相的电极电位不同时，并且当在构成元素之间形成富集和贫化区时，会引起合金的相对活泼的部分相的优先腐蚀，这种现象称为选相腐蚀
长期浸泡过程用电化学阻抗技术进行分析，发现搅拌摩擦处理后的镍铝青铜表面生成的腐蚀膜层是比较均匀致密的，对比于铸态表面形成的不连续膜层，该膜层具有更好的保护性，此外，搅拌摩擦处理明显提高了镍铝青铜合金表层的机械性能。Lotfollahi等人[45]研究了搅拌摩擦处理对镍铝青铜在模拟海水中冲刷腐蚀行为的影响，分析结果可知FSP对材料的表面硬度虽然有所提高，但是其冲刷腐蚀形貌为脆性断裂，而镍铝青铜则表现为韧性断裂，并且失重量明显高于铸态镍铝青铜合金，表明经FSP处理后其耐腐蚀性能反而变差。图1.3搅拌摩擦处理示意图1.3.2热喷涂技术热喷涂技术[46,47]是一种通过热源使得喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，并且以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，该技术的原理示意图如图1.4所示。通过热喷涂技术可以在材料的表面制造一个新的工作表面，从而产生具有多种功能的涂层，例如耐磨性、防腐性、抗氧化性、抗高温性、隔热性等，从而达到提升材料综合性能的目的。该技术具有设备轻便、工艺简单、适应性强以及涂层厚度可控制等优点，但所制备的涂层通常存在许多缺陷如空隙、结合力弱和氧化物夹杂等。Brick等人[26]通过超音速火焰喷涂在钢材表
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光功率对Fe-Si-B激光熔覆涂层微观组织与性能的影响[J]. 马斌斌,胡立威,刘学,李晋锋,张佳佳,乐国敏,李秀燕. 材料热处理学报. 2018(07)
[2]Synergistic Effect of Mo, W, Mn and Cr on the Passivation Behavior of a Fe-Based Amorphous Alloy Coating[J]. Wan-Ping Tian,Hong-Wang Yang,Suo-De Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(03)
[3]铁基非晶合金涂层制备及应用现状[J]. 聂贵茂,黄诚,李波,钟菁,王善林. 表面技术. 2017(11)
[4]不均匀性:非晶合金的灵魂[J]. 管鹏飞,王兵,吴义成,张珊,尚宝双,胡远超,苏锐,刘琪. 物理学报. 2017(17)
[5]镍铝青铜合金（NAB）的研究进展[J]. 吕玉廷,王立强,毛建伟,吕维洁. 稀有金属材料与工程. 2016(03)
[6]电弧喷涂316L不锈钢涂层的结构与性能[J]. 金云学,都春燕,王磊. 金属热处理. 2015(01)
[7]搅拌摩擦处理（FSP）——一种新型绿色表面强化技术[J]. 张贵锋,韦中新,张军,苏伟,张建勋. 焊管. 2009(12)
[8]激光熔覆Fe-Ti-B复合材料涂层的组织[J]. 张维平,刘硕. 中国有色金属学报. 2005(04)
[9]Corrosion Behaviours of Copper Alloy in Solutions Containing Na2SO4 and NaCl with Different Concentrations[J]. A.A.El-Meligi. Journal of Materials Science & Technology. 2002(06)
[10]非晶态材料与应用[J]. 顾德骥. 宝钢技术. 1996(04)
硕士论文
[1]镍铝青铜合金的耐蚀性及表面处理的研究[D]. 都春燕.江苏科技大学 2014
本文编号：3209746
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋桨的腐蚀现象通常工程应用中的失效发生在工件的表面[2]，因此通过表面工程技术对镍铝
湘潭大学硕士毕业论文3缓慢冷却的条件下，β相会完全转变成α和κ，然而实际的冷却速度较快，在室温下β仍有少量残留相，记为β’，表明具有3R或2H型马氏体结构，并且内部含有大量NiAl析出物[4]。κ相属于金属间化合物，其中κⅡ相是基于Fe3Al的富铁相，多呈球状，尺寸为5~10μm，，一般存在于α/β界面，具有DO3晶体结构和0.577nm的晶格常数。κⅢ相是基于NiAl的富镍相，通常多呈层片状，具有有序的BCC晶体结构和0.288nm的晶格常数。图1.2镍铝青铜在冷却过程中微观组织演变过程[10]1.2.2镍铝青铜在海洋环境中的腐蚀行为国内外一些学者对镍铝青铜的腐蚀行为进行了深入的研究，他们[13-15]发现该合金会生成一层厚度约为1000nm的致密钝化膜，对材料的表面具有一定的保护作用，并且钝化膜是双层的，外层是Cu2O，内层为Al2O3和一些铁和镍的氧化物(Fe2O3和NiO)。但作为螺旋桨材料，长时间运行在高速流动的海水中，同时会受到泥沙及局部应力冲击、空蚀等，从而使所形成的钝化膜受到破坏。腐蚀破坏作为海洋工程材料主要的失效方式[16,17]，在海水中镍铝青铜的腐蚀类型主要包括以下几种：选相腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、腐蚀疲劳。(1)选相腐蚀当合金中的各种相的电极电位不同时，并且当在构成元素之间形成富集和贫化区时，会引起合金的相对活泼的部分相的优先腐蚀，这种现象称为选相腐蚀
长期浸泡过程用电化学阻抗技术进行分析，发现搅拌摩擦处理后的镍铝青铜表面生成的腐蚀膜层是比较均匀致密的，对比于铸态表面形成的不连续膜层，该膜层具有更好的保护性，此外，搅拌摩擦处理明显提高了镍铝青铜合金表层的机械性能。Lotfollahi等人[45]研究了搅拌摩擦处理对镍铝青铜在模拟海水中冲刷腐蚀行为的影响，分析结果可知FSP对材料的表面硬度虽然有所提高，但是其冲刷腐蚀形貌为脆性断裂，而镍铝青铜则表现为韧性断裂，并且失重量明显高于铸态镍铝青铜合金，表明经FSP处理后其耐腐蚀性能反而变差。图1.3搅拌摩擦处理示意图1.3.2热喷涂技术热喷涂技术[46,47]是一种通过热源使得喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，并且以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，该技术的原理示意图如图1.4所示。通过热喷涂技术可以在材料的表面制造一个新的工作表面，从而产生具有多种功能的涂层，例如耐磨性、防腐性、抗氧化性、抗高温性、隔热性等，从而达到提升材料综合性能的目的。该技术具有设备轻便、工艺简单、适应性强以及涂层厚度可控制等优点，但所制备的涂层通常存在许多缺陷如空隙、结合力弱和氧化物夹杂等。Brick等人[26]通过超音速火焰喷涂在钢材表
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光功率对Fe-Si-B激光熔覆涂层微观组织与性能的影响[J]. 马斌斌,胡立威,刘学,李晋锋,张佳佳,乐国敏,李秀燕. 材料热处理学报. 2018(07)
[2]Synergistic Effect of Mo, W, Mn and Cr on the Passivation Behavior of a Fe-Based Amorphous Alloy Coating[J]. Wan-Ping Tian,Hong-Wang Yang,Suo-De Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(03)
[3]铁基非晶合金涂层制备及应用现状[J]. 聂贵茂,黄诚,李波,钟菁,王善林. 表面技术. 2017(11)
[4]不均匀性:非晶合金的灵魂[J]. 管鹏飞,王兵,吴义成,张珊,尚宝双,胡远超,苏锐,刘琪. 物理学报. 2017(17)
[5]镍铝青铜合金（NAB）的研究进展[J]. 吕玉廷,王立强,毛建伟,吕维洁. 稀有金属材料与工程. 2016(03)
[6]电弧喷涂316L不锈钢涂层的结构与性能[J]. 金云学,都春燕,王磊. 金属热处理. 2015(01)
[7]搅拌摩擦处理（FSP）——一种新型绿色表面强化技术[J]. 张贵锋,韦中新,张军,苏伟,张建勋. 焊管. 2009(12)
[8]激光熔覆Fe-Ti-B复合材料涂层的组织[J]. 张维平,刘硕. 中国有色金属学报. 2005(04)
[9]Corrosion Behaviours of Copper Alloy in Solutions Containing Na2SO4 and NaCl with Different Concentrations[J]. A.A.El-Meligi. Journal of Materials Science & Technology. 2002(06)
[10]非晶态材料与应用[J]. 顾德骥. 宝钢技术. 1996(04)
硕士论文
[1]镍铝青铜合金的耐蚀性及表面处理的研究[D]. 都春燕.江苏科技大学 2014
本文编号：3209746
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