稀土氧化物对激光熔覆316L熔覆层组织与性能的影响
发布时间：2021-10-26 16:06
随着我国经济的不断发展,海洋资源得到快速开发,进而对海洋工业设备的性能提出了更高的要求。面对海水里复杂的离子环境和海边高湿度、高盐分气候,对海洋用钢的耐腐蚀性能与力学性能提出了更高的要求。本文采用激光熔覆技术针对稀土氧化物改性的316L涂层进行研究,分别采用Axioskop2型光学显微镜、HVS-1000型数显显微硬度计、电化学工作站、盐雾实验箱、往复摩擦磨损等方法分别测试了熔覆层的显微组织、表面硬度和耐蚀性以及耐磨性等性能。研究结果表明,稀土氧化物CeO2以及La2O3的加入可对316L涂层性能产生影响,稀土氧化物的加入可以细化晶粒,显著提升了涂层的耐蚀性、硬度。当添加量都为2%时晶粒细化程度达到峰值且硬度最高,耐蚀性最优。往复摩擦磨损的实验结果表明,涂层对基体耐磨性的影响甚小,并未明显提高基体耐磨性,CeO2和La2O3的添加也并未明显影响熔覆层耐磨性。盐雾实验结果表明,在316L样品表面可以发现明显的点蚀现象,但加入稀土氧化物后,涂层表面点蚀坑的尺寸...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
辽宁科技论文硕士学位论文15图2.2熔覆层形貌Fig.2.2claddinglayermorphology图2.3（a）-（d）给出了熔覆层顶部的SEM照片，可以清晰地看出，熔覆层底部均由平面晶组成；图2.3（e）-（h）给出了熔覆层中部的SEM照片，可以看出熔覆层中部均由枝状晶构成；图2.3（i）-（l）给出了熔覆层底部的SEM照片，可以看出熔覆层底部均由致密的等轴晶粒构成。通过对比可以发现，通过CeO2改性的熔覆层。底部，中部，顶部的晶粒尺寸均得到细化，这是由于大量稀土元素偏析，钉扎和吸附在晶界活性点上，从而降低系统的吉布斯自由能和晶粒生长的驱动力，抑制扩散，阻碍晶体的生长并加剧其分支，从而起到细化晶粒的作用[46]。但随着CeO2含量的增加，熔覆层中晶粒尺寸并未一直减小，当增加到3%时反而导致增大，这是由于稀土对激光辐照的能量吸收率影响很大，所以稀土氧化物过量的加入导致组织结构的改变，降低CeO2细化晶粒的功能。综上所述，通过熔覆层组织结构的对比，可以发现CeO2的添加并未改变熔覆层相组成，只改变了熔覆层晶粒尺寸，同时可发现在添加CeO2含量为2%时，熔覆层晶粒细化效果最为明显，这与XRD得出的结果相吻合。
2.激光熔覆CeO2改性316L涂层16图2.3激光熔覆层的横截面形态（a）、（e）、（i）0%CeO2；（b）、（f）、（j）1%CeO2；（c）、（g）、（k）2%CeO2；（d）、（h）、（l）3%CeO2Fig.2.3Cross-sectionalmorphologyoflasercladdingcoating(a)、(e)、(i)0%CeO2;(b)、(f)、(j)1%CeO2;(c)、(g)、(k)2%CeO2;(d)、(h)、(l)3%CeO22.4涂层性能的实验与分析2.4.1涂层阶梯硬度实验图2.4为从基体到熔覆层的硬度测试结果，可以发现CeO2改性后的316L涂层的硬度明显高于基体硬度，最高为213HV，相对基体硬度提高了29%。分析硬度提升原因，主要是由于激光熔覆过程中的快速冷凝，使晶粒来不及长大就结晶完毕，从而出现细晶强化。同时CeO2的加入，为结晶提供了非均匀形核核心，阻碍枝晶继续生长，进一步细化晶粒，有效的提高了熔覆层硬度。得到的结果与SEM照片和OM照片得到的结果相吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]剂量对润滑条件下氮离子注入316L不锈钢摩擦学行为的影响[J]. 韩露,程传杰,陈晨,付志强,岳文,康嘉杰,朱丽娜,王成彪. 摩擦学学报. 2019(01)
[2]等离子体基低能氮离子注入金属钛的耐点蚀性能[J]. 杨旭,夏飞,朱雪梅. 大连交通大学学报. 2018(05)
[3]激光熔覆对20CrNi2Mo钢表面摩擦磨损性能的影响[J]. 杨海华,毛加成,冯爱新,章正刚,赵莹,程好. 应用激光. 2018(03)
[4]4340钢表面热喷涂Mo涂层的制备与力学性能研究[J]. 邱刚,刘贵民. 信息系统工程. 2018(01)
[5]氧化镧改善钨材料性能的研究现状[J]. 伊丽米然木·肉扎洪,普拉提·艾合买提,王倩,买买提热夏提·买买提,亚森江·吾甫尔. 材料导报. 2017(S2)
[6]激光功率对Cr12钢铁基熔覆层的组织和显微硬度的影响[J]. 何力佳,王文峰,王函,孙晓帮. 铸造. 2017(03)
[7]CeO2对超音速火焰喷涂WC-12Co涂层腐蚀行为的影响[J]. 岑升波,陈辉,刘艳,马元明,吴影. 金属学报. 2016(11)
[8]Effects of CeO2 on microstructure and corrosion resistance of TiC-VC reinforced Fe-based laser cladding layers[J]. 张辉,邹勇,邹增大,史传伟. Journal of Rare Earths. 2014(11)
[9]扫描速度对钛合金NiCoCrAlY熔覆涂层显微组织及硬度的影响[J]. 许瑞华,黎向锋,左敦稳,王宏宇,江世好,李建忠. 稀有金属. 2014(05)
[10]低碳钢表面激光熔覆Ni60合金的工艺及性能[J]. 赵兵,路远航,李章,骆芳. 金属热处理. 2014(07)
博士论文
[1]离子注入提高不锈钢耐腐蚀和表面导电性能的研究[D]. 冯凯.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]316L不锈钢在工业应用海水中的电化学和应力腐蚀研究[D]. 吴恒.中国海洋大学 2012
[2]不锈钢表面含CeO2高温涂层的制备及其性能研究[D]. 吕晶.东北大学 2009
[3]激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层[D]. 王一博.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3459800
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
辽宁科技论文硕士学位论文15图2.2熔覆层形貌Fig.2.2claddinglayermorphology图2.3（a）-（d）给出了熔覆层顶部的SEM照片，可以清晰地看出，熔覆层底部均由平面晶组成；图2.3（e）-（h）给出了熔覆层中部的SEM照片，可以看出熔覆层中部均由枝状晶构成；图2.3（i）-（l）给出了熔覆层底部的SEM照片，可以看出熔覆层底部均由致密的等轴晶粒构成。通过对比可以发现，通过CeO2改性的熔覆层。底部，中部，顶部的晶粒尺寸均得到细化，这是由于大量稀土元素偏析，钉扎和吸附在晶界活性点上，从而降低系统的吉布斯自由能和晶粒生长的驱动力，抑制扩散，阻碍晶体的生长并加剧其分支，从而起到细化晶粒的作用[46]。但随着CeO2含量的增加，熔覆层中晶粒尺寸并未一直减小，当增加到3%时反而导致增大，这是由于稀土对激光辐照的能量吸收率影响很大，所以稀土氧化物过量的加入导致组织结构的改变，降低CeO2细化晶粒的功能。综上所述，通过熔覆层组织结构的对比，可以发现CeO2的添加并未改变熔覆层相组成，只改变了熔覆层晶粒尺寸，同时可发现在添加CeO2含量为2%时，熔覆层晶粒细化效果最为明显，这与XRD得出的结果相吻合。
2.激光熔覆CeO2改性316L涂层16图2.3激光熔覆层的横截面形态（a）、（e）、（i）0%CeO2；（b）、（f）、（j）1%CeO2；（c）、（g）、（k）2%CeO2；（d）、（h）、（l）3%CeO2Fig.2.3Cross-sectionalmorphologyoflasercladdingcoating(a)、(e)、(i)0%CeO2;(b)、(f)、(j)1%CeO2;(c)、(g)、(k)2%CeO2;(d)、(h)、(l)3%CeO22.4涂层性能的实验与分析2.4.1涂层阶梯硬度实验图2.4为从基体到熔覆层的硬度测试结果，可以发现CeO2改性后的316L涂层的硬度明显高于基体硬度，最高为213HV，相对基体硬度提高了29%。分析硬度提升原因，主要是由于激光熔覆过程中的快速冷凝，使晶粒来不及长大就结晶完毕，从而出现细晶强化。同时CeO2的加入，为结晶提供了非均匀形核核心，阻碍枝晶继续生长，进一步细化晶粒，有效的提高了熔覆层硬度。得到的结果与SEM照片和OM照片得到的结果相吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]剂量对润滑条件下氮离子注入316L不锈钢摩擦学行为的影响[J]. 韩露,程传杰,陈晨,付志强,岳文,康嘉杰,朱丽娜,王成彪. 摩擦学学报. 2019(01)
[2]等离子体基低能氮离子注入金属钛的耐点蚀性能[J]. 杨旭,夏飞,朱雪梅. 大连交通大学学报. 2018(05)
[3]激光熔覆对20CrNi2Mo钢表面摩擦磨损性能的影响[J]. 杨海华,毛加成,冯爱新,章正刚,赵莹,程好. 应用激光. 2018(03)
[4]4340钢表面热喷涂Mo涂层的制备与力学性能研究[J]. 邱刚,刘贵民. 信息系统工程. 2018(01)
[5]氧化镧改善钨材料性能的研究现状[J]. 伊丽米然木·肉扎洪,普拉提·艾合买提,王倩,买买提热夏提·买买提,亚森江·吾甫尔. 材料导报. 2017(S2)
[6]激光功率对Cr12钢铁基熔覆层的组织和显微硬度的影响[J]. 何力佳,王文峰,王函,孙晓帮. 铸造. 2017(03)
[7]CeO2对超音速火焰喷涂WC-12Co涂层腐蚀行为的影响[J]. 岑升波,陈辉,刘艳,马元明,吴影. 金属学报. 2016(11)
[8]Effects of CeO2 on microstructure and corrosion resistance of TiC-VC reinforced Fe-based laser cladding layers[J]. 张辉,邹勇,邹增大,史传伟. Journal of Rare Earths. 2014(11)
[9]扫描速度对钛合金NiCoCrAlY熔覆涂层显微组织及硬度的影响[J]. 许瑞华,黎向锋,左敦稳,王宏宇,江世好,李建忠. 稀有金属. 2014(05)
[10]低碳钢表面激光熔覆Ni60合金的工艺及性能[J]. 赵兵,路远航,李章,骆芳. 金属热处理. 2014(07)
博士论文
[1]离子注入提高不锈钢耐腐蚀和表面导电性能的研究[D]. 冯凯.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]316L不锈钢在工业应用海水中的电化学和应力腐蚀研究[D]. 吴恒.中国海洋大学 2012
[2]不锈钢表面含CeO2高温涂层的制备及其性能研究[D]. 吕晶.东北大学 2009
[3]激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层[D]. 王一博.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3459800
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