稀土对钛合金化不锈钢表面制备双层涂层电化学及力学性能的影响

发布时间：2017-05-07 11:05

  本文关键词：稀土对钛合金化不锈钢表面制备双层涂层电化学及力学性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：奥氏体不锈钢以其良好的耐高温性、抗氧化性能及机械加工性能在石油、化工、化学、医药、食品等现代工业社会的各个领域得到了较为广泛的应用。但由于腐蚀介质的影响,在一些恶劣环境中,不锈钢基体暴露于盐溶液,特别是在含有Cl-的溶液中容易发生各种类型的腐蚀。同时,不锈钢由于磨损性能较差,在实际应用中会由于表面磨损造成材料的损失,以致造成不锈钢结构本身的力学性能以及耐腐蚀性能降低。因此,针对奥氏体不锈钢的腐蚀磨损防护成为近年来国内外研究者的研究重点。在实际生产应用中,人们期望采用一种简便、经济的方法来有效提高不锈钢的耐腐蚀磨损性能。本研究采用的固体粉末包埋法是一种原位化学气相沉积技术,具有成本低、易操作等优点。通过两步固体粉末包埋法在304不锈钢表面制备铬/钛双层涂层,为改善外层铬涂层的性能,在渗铬涂层中加入不同稀土元素(RE),形成稀土元素改性铬/钛(RE-Cr/Ti)双层涂层,期望通过表面改性来提高304不锈钢表面的耐腐蚀磨损性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)等手段对基体和渗层表面以及断面进行表征。结果显示添加不同稀土元素都能在渗钛不锈钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬涂层,涂层平均厚度为20μm到30μm,稀土改性渗铬涂层与渗钛涂层之间通过互扩散作用紧密结合。RE-Cr/Ti改性双层涂层在电化学测试中表现出比基体材料304不锈钢以及单层渗Ti涂层更高的耐腐蚀性能。极化曲线以及阻抗谱曲线结果表明,RE-Cr/Ti改性双层涂层具有更高的自腐蚀电位(E_(corr)),同时具有更低的腐蚀电流密度(I_(corr)),有效抵抗了溶液中Cl-的侵蚀,提高了基体腐蚀抗性。并且添加不同稀土改性涂层表现出不同的特点。通过SEM观察对比304不锈钢基体、渗Ti涂层以及RE-Cr/Ti双层涂层在磨损测试中的磨痕形貌,研究其磨损机理,结果显示,RE-Cr/Ti双层涂层的存在使试样表面发生了粘着磨损,磨痕深度以及宽度明显减小,显著提高了基体的耐磨损性。采用纳米压痕仪对试样进行了力学性能测试,结果表明,RE-Cr/Ti双层涂层具有更低的弹性模量和硬度,在外加载荷影响下,具有更大的弹性恢复能力,这为磨损实验中涂层试样表面弹性粘着磨损的发生提供了理论依据。
【关键词】：不锈钢 稀土元素 双层涂层 电化学腐蚀与磨损性能 力学性能 固体包埋法
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 不锈钢材料概述10-17
• 1.1.1 不锈钢的应用领域10-12
• 1.1.2 不锈钢存在的问题12-14
• 1.1.3 不锈钢的防护方法14-17
• 1.2 固体粉末包埋法17-19
• 1.2.1 固体粉末包埋法介绍17-18
• 1.2.2 固体粉末包埋法应用18-19
• 1.3 稀土元素19-20
• 1.3.1 稀土元素介绍19-20
• 1.3.2 稀土元素的应用20
• 1.4 本文工作20-24
• 1.4.1 本文的思路20-22
• 1.4.2 本文的研究内容22-24
• 第二章 双层涂层的制备及表征24-36
• 2.1 本章工作24
• 2.2 涂层制备实验24-28
• 2.2.1 实验仪器设备24-25
• 2.2.2 试剂25-26
• 2.2.3 包埋反应实验装置26
• 2.2.4 涂层制备26-27
• 2.2.5 表征及测试27-28
• 2.3 结果与讨论28-34
• 2.3.1 表面微观结构28-30
• 2.3.2 XRD表征30-31
• 2.3.3 截面分析31-33
• 2.3.4 涂层生长模型33-34
• 2.4 结论34-36
• 第三章 双层涂层力学性能研究36-46
• 3.1 引言36-38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 实验仪器38-39
• 3.2.2 实验过程39-40
• 3.3 结果与讨论40-43
• 3.3.1 弹性模量40-42
• 3.3.2 载荷-位移曲线42-43
• 3.4 结论43-46
• 第四章 双层涂层电化学性能研究46-62
• 4.1 引言46-48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 实验仪器及材料48
• 4.2.2 实验过程48-49
• 4.2.3 试样腐蚀后表面形貌表征49
• 4.3 结果与讨论49-58
• 4.3.1 开路曲线49-50
• 4.3.2 极化曲线50-54
• 4.3.3 阻抗谱曲线54-58
• 4.4 腐蚀后表面形貌58-60
• 4.5 结论60-62
• 第五章 双层涂层磨损性能研究62-70
• 5.1 引言62
• 5.2 实验部分62-64
• 5.2.1 实验仪器及材料62-63
• 5.2.2 实验过程63
• 5.2.3 磨痕形貌表征63-64
• 5.3 结果与讨论64-67
• 5.3.1 摩擦系数64-65
• 5.3.2 磨痕形貌65-67
• 5.4 结论67-70
• 第六章 全文总结与展望70-74
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 工作展望71-74
• 参考文献74-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文目录86

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