铁基合金表面改性层的制备及性能研究

发布时间：2017-07-28 13:31

  本文关键词：铁基合金表面改性层的制备及性能研究

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【摘要】：随着科学技术的不断发展,能源的不断消耗,新型能源已经成为各国竞争的重点。核电是目前应用最为广泛的新型能源,由于核泵设备工况极其恶劣,材料表面受磨损腐蚀等现象严重,这不但造成了巨大的经济损失,同时对工作人员的人身安全造成了威胁,所以采用表面改性技术延长核泵的使用寿命,实现核泵材料国产化变得尤为重要。表面改性技术已经深入到国民经济的各个方面,可有效地减少资源浪费,发展循环经济,为经济的可持续发展提供强有力的支撑。等离子堆焊技术作为表面改性技术的一个重要分支,不但可以改变材料表面的显微组织、提高材料表面耐磨性及耐蚀性,同时具有稀释率小、成形性好、能量利用率高等优点。与钴基合金及镍基合金改性层相比,铁基合金表面改性层不但可以避免放射性同位素转变带来的危害,而且价格低廉,同时加入稀土元素会进一步改善表面改性层的组织结构,应用前景十分广阔。本文采用等离子堆焊工艺在核泵材料Z5CND16-05马氏体不锈钢表面制备铁基合金、铁基稀土合金以及镍基合金改性层,优化工艺参数,分析比较三者的性能。分别采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、销-盘磨损试验机、电化学腐蚀仪以及超声波空蚀仪对改性层的显微组织、成分、相结构、硬度、摩擦磨损性能、电化学腐蚀性能以及抗空泡腐蚀性能进行分析和测试。试验结果表明:采用等离子堆焊制备了铁基及镍基合金改性层冶金结合良好,加入稀土元素后,改性层组织形貌由胞状晶转变为细小均匀的等轴晶,但并未检测出稀土新相,镍基合金改性层组织在界面处呈现出定向生长。铁基、铁基稀土以及镍基合金改性层的硬度平均值分别为720HV、750HV、630HV,相对耐磨性分别为7.8、13.5和7.3,在磨损过程中,枝晶间的铬碳化物对改性层起到了支撑保护作用。在室温下3.5%NaCl溶液中,铁基、铁基稀土、镍基合金改性层的腐蚀电流密度分别为2.3×10-7Acm-2,1.7×10-7Acm-2,5.8×10-8Acm-2;空蚀4h后铁基、铁基稀土、镍基合金等离子堆焊层的失重量分别为基材的52.5%,34.4%及19.7%。
【关键词】：等离子堆焊 Fe基合金 摩擦磨损 电化学腐蚀 空蚀
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178;TG455
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 核电工业简介9-10
• 1.2 等离子堆焊技术10-14
• 1.2.1 等离子堆焊技术概述10-11
• 1.2.2 等离子堆焊工艺参数11-12
• 1.2.3 等离子堆焊技术分类12-13
• 1.2.4 等离子堆焊的发展现状13-14
• 1.3 马氏体不锈钢14-16
• 1.3.1 马氏体不锈钢简介14
• 1.3.2 马氏体不锈钢的焊接性14-16
• 1.4 改性层合金材料16
• 1.5 材料的磨损16-18
• 1.6 材料的腐蚀18
• 1.7 本实验研究的目的及主要内容18-20
• 第2章 实验材料及研究方法20-26
• 2.1 实验材料20
• 2.1.1 基体材料20
• 2.1.2 改性层材料20
• 2.2 工艺参数的设计20-21
• 2.3 检测方法21-26
• 2.3.1 等离子堆焊层的相结构分析21
• 2.3.2 等离子堆焊层的显微组织观察及成分分析21-22
• 2.3.3 等离子堆焊层的显微硬度分析22
• 2.3.4 等离子堆焊层的摩擦磨损性能研究22-24
• 2.3.5 等离子堆焊层的电化学腐蚀性能研究24
• 2.3.6 等离子堆焊层的抗空泡腐蚀性能研究24-26
• 第3章 试验结果与分析26-59
• 3.1 等离子堆焊层的宏观形貌26-30
• 3.1.1 电流对等离子堆焊层成形性的影响26-28
• 3.1.2 送粉率对等离子堆焊层成形性的影响28-29
• 3.1.3 不同涂层材料对等离子堆焊层成形性的影响29-30
• 3.2 等离子堆焊层组织形貌及相结构30-39
• 3.2.1 工作电流对涂层组织形态的影响30-32
• 3.2.2 送粉率对涂层组织形态的影响32-33
• 3.2.3 铁基稀土合金等离子堆焊层的组织形态33-34
• 3.2.4 镍基合金等离子堆焊层的组织形态34-36
• 3.2.5 铁基合金等离子堆焊层相结构分析36-38
• 3.2.6 镍基合金等离子堆焊层相结构分析38-39
• 3.3 等离子堆焊层的硬度及摩擦磨损性能39-50
• 3.3.1 工作电流对铁基合金等离子堆焊层硬度的影响39-42
• 3.3.2 送粉率对铁基合金等离子堆焊层硬度的影响42-44
• 3.3.3 不同合金等离子堆焊层的硬度44-45
• 3.3.4 等离子堆焊层的摩擦磨损性能45-50
• 3.4 等离子堆焊层电化学腐蚀性能及抗空泡腐蚀性能50-57
• 3.4.1 等离子堆焊层的电化学腐蚀性能50-51
• 3.4.2 等离子堆焊层的抗空泡腐蚀性能51-57
• 3.5 铁基等离子堆焊层与镍基等离子堆焊层经济性对比57-59
• 第4章 结论59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：584312