Mo-Nb系合金熔覆层的制备及其特性研究

发布时间：2017-08-07 06:14

  本文关键词：Mo-Nb系合金熔覆层的制备及其特性研究

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【摘要】：难熔金属有良好的高温强度和耐蚀性能,在国防军工、航空航天、能源、和核工业等领域有着不可替代的作用。Mo合金作为难熔金属中的佼佼者,具有熔点高,高温蠕变速率低,膨胀系数小,导热导电及抗热震性,耐磨损和耐腐蚀性强等特性。但其高温下韧性较差易断裂,硬度较低,且极易氧化。研究表明向合金中的Nb元素作为第二相可以明显起到细化晶粒,增加断裂韧性的作用。材料表面激光熔覆技术作为一种新型表面处理技术,所制备的熔覆层表现出了良好的耐磨性、表面硬度、高温下抗氧化性,该技术在民用及国防领域中有着广阔的应用前景。本文分别采用光纤耦合半导体激光器和等离子熔覆设备,以TC4钛合金及Q235钢为基体材料,制备了组织成分均匀且与基体达到良好冶金结合的Mo-Nb系和Mo30NiSF-Nb系合金熔覆层。利用SEM(扫描电子显微镜)、EDS(能谱仪)、XRD(X射线衍射仪)分析了熔覆层的显微结构和相组成；利用显微硬度测试仪得到了几种熔覆层的显微硬度曲线；利用摩擦磨损系数检测仪得到了熔覆层的摩擦系数；并通过常温硫化氢腐蚀实验检测了Q235钢表面熔覆层的耐腐蚀特性。结果表明,用激光熔覆工艺制备出的Mo-Nb系和Mo30NiSF-Nb系熔覆层组织形态多为树枝晶和胞状晶,而等离子熔覆制备的Mo-Nb系熔覆层则为马氏体结构。两种方法制备的熔覆层均与基体形成冶金结合,但等离子弧制备熔覆层的稀释率及对基体的热影响区深度显著高于激光熔覆层的值,今后尚需改进以降低稀释率。通过两种方法制备的熔覆层分别提高了TC4钛合金和钢基体的硬度3-4倍。在Q235钢表面制备的50wt.%Mo-50wt.%Nb熔覆层进行硫化氢腐蚀实验。结果表明,基体钢的腐蚀严重,而熔覆层则出现少量点蚀坑,整体耐腐蚀效果较好。对比不同Nb元素含的添加量对Mo30NiSF-Nb系熔覆层显微结构及性能的影响,结果发现随着Nb元素的添加可以有效减少熔覆层中的裂纹和气孔缺陷。熔覆层与基体材料形成了良好的13-Ti相固溶体,且熔覆层横截面显微硬度随Nb含量的增加逐渐增加后减小,可见添加适量的Nb元素起到了细化晶粒增大硬度的作用。选择熔覆效果最好的Mo30NiSF-30wt.%Nb熔覆层分析其性能,得到的熔覆层提高了TC4基体硬度4-5倍左右,而摩擦系数则降低了54%,表现出良好的物理性能。
【关键词】：激光熔覆 Mo-Nb系熔覆层 Mo_(30)NiSF-Nb系熔覆层 显微组织 显微硬度 耐蚀性
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 选题背景及研究意义11-12
• 1.2 激光表面熔覆技术12-17
• 1.2.1 激光表面熔覆技术简介12-13
• 1.2.2 激光表面熔覆技术的原理13-14
• 1.2.3 激光熔覆参数和熔覆材料的选择14-15
• 1.2.4 激光表面熔覆技术存在的问题15
• 1.2.5 激光表面熔覆技术的应用15-16
• 1.2.6 激光表面熔覆技术的发展前景16-17
• 1.3 钼铌系熔覆材料和基体材料的研究现状17-19
• 1.3.1 机械合金化17
• 1.3.2 钛合金的激光熔覆研究现状17-18
• 1.3.3 钛铌合金的激光熔覆研究现状18
• 1.3.4 钛钼合金的激光熔覆研究现状18
• 1.3.5 钛相合金的激光溶覆研究现状18-19
• 1.4 表面熔覆方法19-21
• 1.4.1 光纤耦合半导体激光器19-20
• 1.4.2 等离子熔覆20-21
• 1.5 课题的研究内容21-22
• 第2章 实验设计及实验方法22-25
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 基体材料22
• 2.1.2 熔覆材料22-23
• 2.2 激光熔覆工艺23
• 2.3 熔覆层的XRD物相分析23
• 2.4 熔覆层的SEM及EDS分析23
• 2.5 熔覆层显微硬度的测定23-24
• 2.6 硫化氢腐蚀装置24
• 2.7 熔覆层摩擦系数的测定24
• 2.8 本章小结24-25
• 第3章 激光熔覆不同基体Mo-Nb系熔覆层及其特性研究25-36
• 3.1 熔覆层的制备25-26
• 3.2 Q235钢50wt.% Mo-50wt.% Nb混合金属粉熔覆层26-32
• 3.2.1 熔覆层XRD分析26-27
• 3.2.2 熔覆层SEM及EDS分析27-29
• 3.2.3 熔覆层的显微硬度29-30
• 3.2.4 熔覆层的硫化氢腐蚀30-32
• 3.3 TC4钛合金50wt.% Mo-50wt.% Nb混合金属粉熔覆层32-35
• 3.3.1 熔覆层XRD分析32
• 3.3.2 熔覆层SEM及EDS分析32-34
• 3.3.3 熔覆层的显微硬度34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 等离子熔覆钛合金Mo-Nb系熔覆层及其特性研究36-41
• 4.1 等离子熔覆层的制备36
• 4.2 TC4钛合金30wt.%Mo-70wt.%Nb混合金属粉熔覆层36-37
• 4.3 TC4钛合金50wt.%Mo-50wt.%Nb混合金属粉熔覆层37-40
• 4.3.1 熔覆层SEM及EDS分析37-39
• 4.3.2 熔覆层XRD及显微硬度分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 激光熔覆Mo_(30)NiSF-x wt.% Nb系熔覆层及其特性研究41-52
• 5.1 熔覆层外部形貌41-42
• 5.2 熔覆层SEM和EDS分析42-48
• 5.2.1 熔覆层横截面线扫描42-43
• 5.2.2 熔覆层的显微结构43-48
• 5.3 熔覆层的XRD物相分析48
• 5.4 熔覆层的显微硬度48-50
• 5.5 熔覆层的摩擦系数50
• 5.6 本章小结50-52
• 第6章 结论与展望52-54
• 6.1 结论52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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1 刘勇,杨德庄,何世禹,武万良;Ti-6Al-4V合金在真空中的干滑动磨损行为[J];金属学报;2003年07期

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本文编号：633164