饱和盐水环境下激光熔覆耐磨耐蚀涂层及其组织性能研究

发布时间：2017-03-24 11:01

  本文关键词：饱和盐水环境下激光熔覆耐磨耐蚀涂层及其组织性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在饱和盐水环境下,石油钻杆在工作过程中容易受到腐蚀和磨损而失效,造成较大的经济损失。一般修复手段对失效部位的修复效果不明显,而利用激光熔覆的方法在材料表面制备具有抗氧化、耐高温、耐腐蚀、耐磨损且与基底材料呈良好的冶金结合的熔覆涂层是一种有效解决材料表面失效的手段。本实验从粉末体系及激光工艺参数两方面出发,设计出了一种Co基/Al2O3/稀土(La2O3)复合激光熔覆粉末,利用10 KW CO2激光熔覆柔性加工系统进行实验,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、维氏硬度计、摩擦磨损实验仪、电化学工作站对激光熔覆涂层的微观形貌、微区成分、物相组成、显微硬度、耐磨损性能以及耐腐蚀性能进行了检测。实验过程如下:首先,设计出12组粉末配方,通过激光熔覆处理,对熔覆涂层显微硬度进行测试,确定了最佳的激光熔覆粉末配方;其次,通过正交实验设计的方法确定了最佳激光熔覆工艺参数:激光功率P=3 kW,扫描速率v=6 mm/s,光斑直径D=4mm,搭接率为40%;最后,研究了熔覆涂层物相组成及显微组织。结果表明,涂层显微组织主要由胞枝状的初生相和其间的共晶组织构成。固定Al2O3含量的条件下,随着La2O3的加入,组织逐渐均匀,晶粒尺寸变小。继续增加稀土La2O3的含量,熔覆涂层中物相增多。Co元素与熔池中的Al元素形成了化合物Al13Co4,Co基合金粉末中的Cr、Si、C元素分解于熔池中并形成了化合物Cr9.1Si0.9,SiC。La2O3添加量为0.4 wt.%时,熔覆涂层的硬度最高,为627.23HV1;耐磨性能最好,稳定的摩擦系数为0.43;失重量最低,为0.005g;熔覆涂层磨痕较窄、表面呈浅平犁沟。并且稀土La2O3的添加明显改善了基材的耐腐蚀性能,在La2O3的添加量为0.2wt.%时,激光熔覆涂层的耐腐蚀性能最好,自腐蚀电位Ecorr和自腐蚀电流密度icorr分别为-233.418mV,1.041μA/cm2。
【关键词】：激光熔覆 复合涂层 稀土 耐磨性能 耐蚀性能
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-19
• 1.1 激光表面改性技术7-9
• 1.1.1 激光表面改性技术内容7-8
• 1.1.2 激光表面改性技术特点8-9
• 1.2 激光熔覆技术9-13
• 1.3 常用激光熔覆材料13-14
• 1.4 激光熔覆的研究现状与存在问题14-17
• 1.5 本文的研究目的及研究内容17-19
• 1.5.1 研究目的17-18
• 1.5.2 研究内容18-19
• 第二章 实验材料与实验方法19-28
• 2.1 实验材料19-22
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 熔覆涂层材料19-22
• 2.2 实验设计22
• 2.3 实验方法22-28
• 2.3.1 熔覆材料的准备22-23
• 2.3.2 激光熔覆涂层硬度检测23-24
• 2.3.3 最佳激光工艺参数的选择24
• 2.3.4 激光熔覆涂层金相检测24-25
• 2.3.5 激光熔覆涂层X射线衍射检测25
• 2.3.6 饱和盐水环境下激光熔覆涂层耐磨性能检测25-27
• 2.3.7 饱和盐水环境下激光熔覆涂层的耐蚀性能检测27-28
• 第三章 最佳激光熔覆工艺参数的优化28-35
• 3.1 正交表用法及其特点28-30
• 3.2 激光熔覆的正交实验设计30
• 3.3 正交实验结果及分析30-35
• 第四章 激光熔覆涂层的组织结构分析35-51
• 4.1 熔覆涂层的物相分析35-36
• 4.2 熔覆涂层的显微组织结构分析36-48
• 4.2.1 纯Co基合金显微组织结构与微区成分分析36-39
• 4.2.2 Co基合金+5%Al_2O_3显微组织结构与微区成分分析39-41
• 4.2.3 Co基合金+5%Al_2O_3+0.2%La_2O_3显微组织结构与微区成分分析41-44
• 4.2.4 Co基合金+5%Al_2O_3+0.4%La_2O_3显微组织结构与微区成分分析44-46
• 4.2.5 Co基合金+5%Al_2O_3+0.6%La_2O_3显微组织结构与微区成分分析46-48
• 4.3 本章小结48-51
• 第五章 饱和盐水环境下激光熔覆涂层的耐磨性分析51-57
• 5.1 硬度检测51-52
• 5.2 耐磨性能分析52-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 饱和盐水环境下激光熔覆涂层的耐蚀性分析57-64
• 6.1 电化学腐蚀测试57-61
• 6.1.1 电化学腐蚀简介57-59
• 6.1.2 极化曲线59-60
• 6.1.3 钝化现象60
• 6.1.4 塔菲尔直线外推法60-61
• 6.2 耐蚀性能分析61-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 结论64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录70-71

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