半导体激光熔覆铁基耐磨耐蚀合金的研究

发布时间：2017-08-23 01:28

  本文关键词：半导体激光熔覆铁基耐磨耐蚀合金的研究

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【摘要】：为了同时提高钢材的耐磨性能和耐蚀性能,设计了六种不同Cr、Ni含量的铁基合金,利用半导体激光熔覆技术在45#钢表面制备涂层。利用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、磨损试验机以及电化学工作站对熔覆层宏观形貌、组织结构、显微硬度、耐磨性能和耐蚀性能进行了全面的研究。以功率和扫描速度为主优化了激光熔覆工艺参数,并进行了多道搭接和多层熔覆试验。得到表面成型良好,无气孔、无裂纹等缺陷的熔覆层,与基材形成良好冶金结合。熔覆层成分和粉末基本相同,元素的烧损量小、稀释率低。熔覆层内部可以观察到大量的细小树枝晶组织。Fe-15Cr-0.8Ni、Fe-15.6Cr-2.54Ni熔覆层为单相马氏体,Fe-16.2Cr-4.28Ni熔覆层中有少量残余奥氏体,Fe-16.8Cr-6.02Ni和Fe-17.4Cr-7.76Ni熔覆层由马氏体、奥氏体两相混合组成,Fe-18Cr-9.5Ni熔覆层为单相奥氏体。熔覆层硬度结果表明,马氏体相含量高的熔覆层硬度明显较高,其中Fe-15.6Cr-2.54Ni硬度最高;在含奥氏体的熔覆层中,奥氏体含量越高,熔覆层硬度越低,其中Fe-18Cr-9.5Ni的硬度最低。磨损试验结果表明,耐磨性主要取决于熔覆层的硬度,硬度越高,耐磨性越好。奥氏体加工硬化和形变马氏体的产生对熔覆层的耐磨性能有一定改善作用。Fe-15Cr-0.8Ni、Fe-15.6Cr-2.54Ni和Fe-16.2Cr-4.28Ni三种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,Fe-18Cr-9.5Ni熔覆层磨损机制主要为粘着磨损。Fe-15.6Cr-2.54Ni熔覆层失重最小,为10.5 mg,Fe-18Cr-9.5Ni熔覆层失重最大,为99.0 mg。在3.5wt.%NaCl溶液中,不同熔覆层的自腐蚀电位均与304不锈钢相当,比45#钢基材高0.25 V左右,自腐蚀电流均在45#钢基材的1/20以下。Fe-18Cr-9.5Ni的点蚀点位最高,比304不锈钢约高0.138 V。在40 g l-1 NaOH+8 g l-1 Na2S溶液中,熔覆层中的Ni可以形成NiS2钝化膜,且Ni含量越高,临界电流密度越小。当电位较高时,Ni含量较高的试样会出现了二次活化-钝化现象。Fe-17.4Cr-7.76Ni熔覆层耐蚀性能与304不锈钢相当,Fe-18Cr-9.5Ni熔覆耐蚀性最好。目前,Fe-15Cr-0.8Ni、Fe-15.6Cr-2.54Ni、Fe-16.2Cr-4.28Ni和Fe-18Cr-9.5Ni熔覆层已经在闸阀、阀座密封面和传动齿轮轴上得到成功应用。
【关键词】：激光熔覆 铁基合金 显微组织 耐磨性能 耐蚀性能
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及目的10-11
• 1.2 激光熔覆耐磨耐蚀涂层研究现状11-15
• 1.3 合金元素对铁基熔覆层性能的影响15-16
• 1.4 研究内容和创新点16-17
• 1.5 技术路线17-18
• 2 试验材料与方法18-24
• 2.1 耐磨耐蚀材料成分设计方法18-19
• 2.2 半导体激光熔覆设备及方法19-20
• 2.3 熔覆层组织结构表征方法20-21
• 2.4 熔覆层耐磨性能测试设备及方法21-22
• 2.5 熔覆层耐蚀性能测试设备及方法22-24
• 3 半导体激光熔覆工艺研究24-34
• 3.1 工艺参数对熔覆层形貌的影响24-29
• 3.2 多道熔覆结果及分析29-32
• 3.3 本章小结32-34
• 4 激光熔覆层组织和结构分析34-45
• 4.1 熔覆层组织分析34-40
• 4.2 熔覆层物相分析40-43
• 4.3 本章小结43-45
• 5 熔覆层硬度及耐磨性能研究45-52
• 5.1 合金元素对熔覆层硬度的影响45-47
• 5.2 合金元素对耐磨性能的影响47-51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 熔覆层耐蚀性能研究52-59
• 6.1 熔覆层在 3.5 wt.% NaCl溶液中电化学极化行为52-55
• 6.2 熔覆层在40gl~（-1） NaOH + 8gl~（-1） Na_2S溶液中电化学极化行为55-58
• 6.3 本章小结58-59
• 7 生产应用情况59-63
• 7.1 阀门激光熔覆59-61
• 7.2 轴类零件修复61-63
• 8 全文总结63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录 攻读学位期间发表论文71

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