原位生成TiC增强镍基喷焊层耐磨耐蚀性能研究
发布时间：2021-07-28 15:10
等离子喷焊技术制备陶瓷颗粒增强镍基涂层,因涂层具有良好耐磨性、耐蚀性等特点,已成为业界研究的热点。外加陶瓷颗粒粗大、易在喷焊层中集聚等问题,导致对涂层的改善效果有限,但原位生成的陶瓷颗粒细小、均匀,可有效的解决这些问题。本文以Ni60A自熔性合金粉末为基础,通过掺入Ti-Fe、Ti-Fe-Si多元合金粉体进行合金配比优化,探索多元合金粉体协同作用对镍基喷焊层耐磨性和耐蚀性的影响。在ANSYS软件上进行等离子喷焊过程温度场有限元数值模拟,实现喷焊层内部温度场变化可视化,优化喷焊层制备工艺参数设计;通过OM、XRD、SEM、EDS等研究了Ti-Fe以及Ti-Fe+Si粉对喷焊层显微组织的协同作用;通过磨粒磨损试验研究喷焊层的磨损性能;通过电化学试验研究喷焊层的电化学腐蚀性能。研究结果如下:基于镍基自熔性合金粉体、45钢的热物性参数和等离子喷焊工艺,以高斯热源模型,通过ANSYS软件采用APDL参数化语言进行二次开发,能够清晰直观进行镍基合金粉末喷焊过程中温度场随电流变化情况,实现喷焊过程的可视化。设定喷焊速度为80mm/min,等离子弧在x轴方向上的摆动速度为1000 mm/min,摆宽1...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子喷焊原理示意图[25]
西华大学硕士学位论文5①微观切屑：法向载荷将磨料压入材料表面，磨料在滑动时对材料表面产生切屑作用使得材料表面脱落形成磨屑。②压痕破坏：在载荷作用下磨料压入材料表面而产生压痕，导致材料表面产生严重的塑性变形，压痕两侧的材料受到损伤，造成材料表面挤出或者脱落。③疲劳破坏：磨料在摩擦时产生循环接触应力，导致摩擦表面出现疲劳裂纹，且裂纹逐渐增大最终脱落。如图1.2为抽油泵柱塞表面发生的磨粒磨损现象，柱塞与泵筒在相对运动时，较硬的石英砂颗粒在柱塞表面划伤切削而留下痕迹。图1.2（b）中柱塞表面受到挤压材料推移至磨粒运动路径的两侧，中间形成犁沟，犁沟两侧形成凸起。图1.2（c）中柱塞表面已经发生塑性损伤，容易被磨掉。图1.2柱塞表面磨粒磨损形貌[37]Fig.1.2Abrasivewearmorphologyofplungersurface[37]（2）腐蚀磨损腐蚀磨损是金属材料在摩擦过程中材料表面与周围介质发生电化学或化学反应而导致材料损坏的现象。其影响因素包括材料的成分、硬度、表面膜以及环境等。可分为氧化磨损和化学介质磨损两类：
原位生成TiC增强镍基喷焊层耐磨耐蚀性能研究10状，如图1.3；原位生成的NbC使得熔覆层的显微硬度提高了38%，磨损率降低了32%。图1.3NbC粒子的典型形态[71]Fig.1.3TypicalmorphologiesofNbCparticles[71]徐洪勇[25]在H13模具钢表面喷焊Ni60B+Ti混合粉末制备原位生成TiC增强镍基喷焊层，所得喷焊层最高显微硬度高达800HV0.5以上，但掺入过量的Ti粉，喷焊层内原位生成的TiC出现偏聚和喷焊层内气孔增多等现象，最终导致喷焊层显微硬度和耐磨性降低。赫庆坤[37]为减轻抽油泵柱塞表面的腐蚀和磨损失效，在镍基合金粉末中掺入质量分数为3%石墨和12%Ti粉，制备激光合成TiC/Ni60A熔覆层，研究结果表明，TiC/Ni60A熔覆层的耐磨性为Ni60A熔覆层的8倍，电化学耐腐蚀性能明显高于Ni60A熔覆层。黄诗铭[72]将NiCr-Cr3C2、Ti以及Ni60A合金粉末均匀混合后，在Q235钢表面制备了原位生成TiC增强镍基复合材料喷焊层，喷焊层中原位生成的TiC的颗粒较小约1~2μm（如图1.4），起到弥散强化的作用。图1.4原位生成TiC增强镍基喷焊层SEM分析结果[72]Fig.1.4SEManalysisresultsofin-situTiC-reinforcedNi-basedcoatings[72]
【参考文献】：
期刊论文
[1]70TiFe对Ni基合金喷焊层耐磨和耐蚀性能的影响[J]. 宋欢,敖进清,敖逸博,郭彪,夏正芝. 材料保护. 2020(02)
[2]表面工程技术的应用及其研究现状[J]. 秦真波,吴忠,胡文彬. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]计算机模拟及仿真技术在水下焊接中的应用研究现状[J]. 张琳琳,李海新,杨振林,殷子强. 焊接. 2017(07)
[4]真空烧结熔覆Ni60涂层的组织和性能[J]. 肖逸锋,曾凡检,匡雯慧,吴靓,许艳飞,钱锦文,贺跃辉. 金属热处理. 2017(07)
[5]激光熔覆镍基合金涂层的摩擦磨损性能[J]. 程宝义,冯爱新,毛加成,李自强,吴浩,黄宇,张华夏. 热加工工艺. 2017(10)
[6]基于SYSWELD的船体结构焊接工艺仿真及优化[J]. 李磊,戴凯云,任帅,王鹏宇. 机械设计与制造. 2016(10)
[7]添加金刚石颗粒的Ni60涂层组织和性能研究[J]. 徐峰,王丹,周小平. 表面技术. 2016(09)
[8]我国堆焊技术的应用及发展[J]. 王新年,马春雷. 民营科技. 2015(07)
[9]Microstructure and wear-resistant properties of NiCr–Cr3C2 coating with Ni45 transition layer produced by laser cladding[J]. Chun-Cheng Zang,Yan-Zhong Wang,Yi-Du Zhang,Jin-Hua Li,Hong Zeng,De-Qiang Zhang. Rare Metals. 2015(07)
[10]合金元素对碳弧堆焊层耐磨性的影响[J]. 马春雷,赵娜. 黑龙江科技信息. 2015(13)
博士论文
[1]等离子喷焊复合材料强化层及其组织与性能研究[D]. 黄诗铭.吉林大学 2015
[2]Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的研制及腐蚀特性的研究[D]. 潘丽华.兰州理工大学 2011
[3]热喷涂（焊）金属WC涂层组织、性能及抗磨粒磨损行为研究[D]. 王群.湖南大学 2011
[4]油气管道的腐蚀及预测研究[D]. 袁赓.大连理工大学 2011
[5]抽油泵柱塞表面激光合成TiC/NiCrBSi熔覆层研究[D]. 赫庆坤.中国石油大学 2009
硕士论文
[1]WC基硬质合金的耐腐蚀性能研究[D]. 朱会.兰州理工大学 2018
[2]金属—硅（-碳）材料的制备、表征及性能研究[D]. 徐墨雨.湖南大学 2018
[3]激励磁场下等离子喷焊熔池流场与热场特性仿真研究[D]. 王晔旸.合肥工业大学 2018
[4]等离子喷焊制备镍基耐磨耐蚀复合涂层组织与性能研究[D]. 曾申龙.西华大学 2018
[5]等离子喷焊硬质增强耐磨层组织与性能研究[D]. 徐红勇.吉林大学 2016
[6]304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层组织与性能的研究[D]. 朱国斌.吉林大学 2016
[7]Al2O3颗粒增强Ni60A复合涂层组织与耐磨性能研究[D]. 蔡龙龙.兰州理工大学 2016
[8]不同TiC含量对激光熔覆Ni基涂层组织和性能的影响[D]. 汪洋.辽宁科技大学 2016
[9]等离子喷焊Ni基WC增强耐磨涂层的研究[D]. 苗国策.哈尔滨工业大学 2013
[10]镀镍碳钢/不锈钢复合连接机理分析[D]. 牛兴海.太原科技大学 2013
本文编号：3308143
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子喷焊原理示意图[25]
西华大学硕士学位论文5①微观切屑：法向载荷将磨料压入材料表面，磨料在滑动时对材料表面产生切屑作用使得材料表面脱落形成磨屑。②压痕破坏：在载荷作用下磨料压入材料表面而产生压痕，导致材料表面产生严重的塑性变形，压痕两侧的材料受到损伤，造成材料表面挤出或者脱落。③疲劳破坏：磨料在摩擦时产生循环接触应力，导致摩擦表面出现疲劳裂纹，且裂纹逐渐增大最终脱落。如图1.2为抽油泵柱塞表面发生的磨粒磨损现象，柱塞与泵筒在相对运动时，较硬的石英砂颗粒在柱塞表面划伤切削而留下痕迹。图1.2（b）中柱塞表面受到挤压材料推移至磨粒运动路径的两侧，中间形成犁沟，犁沟两侧形成凸起。图1.2（c）中柱塞表面已经发生塑性损伤，容易被磨掉。图1.2柱塞表面磨粒磨损形貌[37]Fig.1.2Abrasivewearmorphologyofplungersurface[37]（2）腐蚀磨损腐蚀磨损是金属材料在摩擦过程中材料表面与周围介质发生电化学或化学反应而导致材料损坏的现象。其影响因素包括材料的成分、硬度、表面膜以及环境等。可分为氧化磨损和化学介质磨损两类：
原位生成TiC增强镍基喷焊层耐磨耐蚀性能研究10状，如图1.3；原位生成的NbC使得熔覆层的显微硬度提高了38%，磨损率降低了32%。图1.3NbC粒子的典型形态[71]Fig.1.3TypicalmorphologiesofNbCparticles[71]徐洪勇[25]在H13模具钢表面喷焊Ni60B+Ti混合粉末制备原位生成TiC增强镍基喷焊层，所得喷焊层最高显微硬度高达800HV0.5以上，但掺入过量的Ti粉，喷焊层内原位生成的TiC出现偏聚和喷焊层内气孔增多等现象，最终导致喷焊层显微硬度和耐磨性降低。赫庆坤[37]为减轻抽油泵柱塞表面的腐蚀和磨损失效，在镍基合金粉末中掺入质量分数为3%石墨和12%Ti粉，制备激光合成TiC/Ni60A熔覆层，研究结果表明，TiC/Ni60A熔覆层的耐磨性为Ni60A熔覆层的8倍，电化学耐腐蚀性能明显高于Ni60A熔覆层。黄诗铭[72]将NiCr-Cr3C2、Ti以及Ni60A合金粉末均匀混合后，在Q235钢表面制备了原位生成TiC增强镍基复合材料喷焊层，喷焊层中原位生成的TiC的颗粒较小约1~2μm（如图1.4），起到弥散强化的作用。图1.4原位生成TiC增强镍基喷焊层SEM分析结果[72]Fig.1.4SEManalysisresultsofin-situTiC-reinforcedNi-basedcoatings[72]
【参考文献】：
期刊论文
[1]70TiFe对Ni基合金喷焊层耐磨和耐蚀性能的影响[J]. 宋欢,敖进清,敖逸博,郭彪,夏正芝. 材料保护. 2020(02)
[2]表面工程技术的应用及其研究现状[J]. 秦真波,吴忠,胡文彬. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]计算机模拟及仿真技术在水下焊接中的应用研究现状[J]. 张琳琳,李海新,杨振林,殷子强. 焊接. 2017(07)
[4]真空烧结熔覆Ni60涂层的组织和性能[J]. 肖逸锋,曾凡检,匡雯慧,吴靓,许艳飞,钱锦文,贺跃辉. 金属热处理. 2017(07)
[5]激光熔覆镍基合金涂层的摩擦磨损性能[J]. 程宝义,冯爱新,毛加成,李自强,吴浩,黄宇,张华夏. 热加工工艺. 2017(10)
[6]基于SYSWELD的船体结构焊接工艺仿真及优化[J]. 李磊,戴凯云,任帅,王鹏宇. 机械设计与制造. 2016(10)
[7]添加金刚石颗粒的Ni60涂层组织和性能研究[J]. 徐峰,王丹,周小平. 表面技术. 2016(09)
[8]我国堆焊技术的应用及发展[J]. 王新年,马春雷. 民营科技. 2015(07)
[9]Microstructure and wear-resistant properties of NiCr–Cr3C2 coating with Ni45 transition layer produced by laser cladding[J]. Chun-Cheng Zang,Yan-Zhong Wang,Yi-Du Zhang,Jin-Hua Li,Hong Zeng,De-Qiang Zhang. Rare Metals. 2015(07)
[10]合金元素对碳弧堆焊层耐磨性的影响[J]. 马春雷,赵娜. 黑龙江科技信息. 2015(13)
博士论文
[1]等离子喷焊复合材料强化层及其组织与性能研究[D]. 黄诗铭.吉林大学 2015
[2]Ni-Cr-Mo-Cu耐蚀合金的研制及腐蚀特性的研究[D]. 潘丽华.兰州理工大学 2011
[3]热喷涂（焊）金属WC涂层组织、性能及抗磨粒磨损行为研究[D]. 王群.湖南大学 2011
[4]油气管道的腐蚀及预测研究[D]. 袁赓.大连理工大学 2011
[5]抽油泵柱塞表面激光合成TiC/NiCrBSi熔覆层研究[D]. 赫庆坤.中国石油大学 2009
硕士论文
[1]WC基硬质合金的耐腐蚀性能研究[D]. 朱会.兰州理工大学 2018
[2]金属—硅（-碳）材料的制备、表征及性能研究[D]. 徐墨雨.湖南大学 2018
[3]激励磁场下等离子喷焊熔池流场与热场特性仿真研究[D]. 王晔旸.合肥工业大学 2018
[4]等离子喷焊制备镍基耐磨耐蚀复合涂层组织与性能研究[D]. 曾申龙.西华大学 2018
[5]等离子喷焊硬质增强耐磨层组织与性能研究[D]. 徐红勇.吉林大学 2016
[6]304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层组织与性能的研究[D]. 朱国斌.吉林大学 2016
[7]Al2O3颗粒增强Ni60A复合涂层组织与耐磨性能研究[D]. 蔡龙龙.兰州理工大学 2016
[8]不同TiC含量对激光熔覆Ni基涂层组织和性能的影响[D]. 汪洋.辽宁科技大学 2016
[9]等离子喷焊Ni基WC增强耐磨涂层的研究[D]. 苗国策.哈尔滨工业大学 2013
[10]镀镍碳钢/不锈钢复合连接机理分析[D]. 牛兴海.太原科技大学 2013
本文编号：3308143
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