核阀密封面钴基合金激光堆焊与覆层离子注入研究

发布时间：2024-02-28 23:24

　　核阀工作者需要研制更为先进的密封面堆焊材料、不断优化完善密封面堆焊工艺方案、寻求有效的堆焊层表面改性方法,达到提升核阀功能性、工艺性和经济性的目的,以适应核电建设发展和核动力装置工作参数提高的需要。以Stellite 6为代表的Co Cr-A类钴基合金材料极大地满足了阀门密封面对耐腐蚀、耐冲蚀、耐气蚀、抗擦伤、抗垫伤、抗划伤、高温红硬性和高温抗氧化性等使用性能的需要,提升了金属密封型核阀的密封性和可靠性。但由于含Co量在50%以上,在长期核辐照条件下能吸收中子而造成长期的放射性污染,与核系统的要求不适应。研制大幅度降低Co含量的堆焊新材料,研究利用激光熔覆工艺特有的覆层组织极细、成分及稀释率可控、热变形小、硬度高的比较优势,制备出满足核阀技术要求、测试要求及验收合格标准的堆焊层,突破使用代钴材料的禁区,无疑具有重要的科学意义和应用价值。通过深入研究核阀的使用工况、密封面的损坏机理及失效形式,考察钴基合金各元素在激光熔覆层中的强化作用,并基于堆焊工艺性和稀释率的角度,确定出成形熔覆层的主要成分控制范围,以及合金粉末中的元素含量,配制出具有无钨低碳中钴特征的FCo-5合金粉末。采用预涂敷法...

【文章页数】：106 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 核阀的工作条件与技术要求
        1.1.1 核阀的工作条件
        1.1.2 对核阀的技术要求
    1.2 核阀密封面的强化工艺及其研究现状
        1.2.1 核阀密封面的损坏机理及失效型式
        1.2.2 核阀密封面的堆焊工艺及工艺评定标准
    1.3 激光熔覆核阀密封面技术及研究现状
    1.4 研发无钨低碳中钴类核阀密封面堆焊材料的意义
        1.4.1 钴基合金作为密封面堆焊材料的优势
        1.4.2 研发无钨低碳中钴类钴基合金的目的和意义
    1.5 开展熔覆核阀密封面离子注入改性研究的意义
    1.6 论文的研究目标、研究内容以及拟解决的关键科学问题
第2章 核阀密封面激光熔覆FCO-5 合金粉末涂层的研究
    2.1 原材料与样品制备
        2.1.1 原材料与预处理
        2.1.2 激光熔覆设备及工艺参数
    2.2 熔覆层测试与分析
        2.2.1 横断面形貌
        2.2.2 快速凝固微观组织特征
        2.2.3 元素及相分析
        2.2.4 显微硬度检测与分析
    2.3 高温硬度测试
    2.4 本章小结
第3章 FCO-5 激光熔覆层截形与显微硬度关系的调控研究
    3.1 调控覆层截形与显微硬度关系的意义
    3.2 FCO-5 熔覆道截形曲率半径拟合模型与计算模型的建立
    3.3 调控FCO-5 覆层截形与显微硬度关系的优化模型
        3.3.1 基本公式的推导
        3.3.2 调控优化模型的建立
    3.4 本章小结
第4章 核阀密封面激光多道熔覆STELLITE 6 合金粉末涂层的研究
    4.1 实验材料及激光熔覆实验
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 激光熔覆实验
    4.2 实验检测结果及分析
        4.2.1 多道搭接熔覆层形貌
        4.2.2 多道搭接熔覆层的微观组织特征
        4.2.3 多道搭接熔覆层的元素及相分析
        4.2.4 多道搭接熔覆层显微硬度分布曲线的数学模型
    4.3 本章小结
第5章 碳离子注入对STELLITE 6 激光熔覆层表面性能影响的研究
    5.1 样品材料及预处理
    5.2 碳离子注入设备及工艺参数
        5.2.1 C⁺注入设备
        5.2.2 C⁺注入工艺参数
    5.3 高温、大剂量碳离子注入对覆层表面化学成分和微观组织结构的影响
    5.4 大剂量碳离子注入对覆层表面粗糙度的影响
    5.5 高温、大剂量碳离子注入对覆层显微硬度的影响
    5.6 高温、大剂量碳离子注入对覆层摩擦磨损性能的影响
    5.7 碳离子注入对覆层耐腐蚀性能的影响
    5.8 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3914137