鎳鋁青銅表面激光熔覆非晶復(fù)合涂層及耐磨耐蝕性能研究
發(fā)布時間：2021-06-01 05:26
鎳鋁青銅具有良好的力學(xué)性能和耐海水腐蝕性等優(yōu)異性能,是目前船舶螺旋槳的主要材料。隨著船舶業(yè)的發(fā)展和航海需求不斷提高,螺旋槳作為船舶的主要推進(jìn)設(shè)備,不但會遭受強(qiáng)烈的沖刷腐蝕和空泡腐蝕,而且還會有泥沙磨損及生物污損等,對鎳鋁青銅的耐磨耐蝕性能要求更為嚴(yán)苛。本文首先分析了激光熔覆（功率、掃速）對鎳鋁青銅表面熔覆層組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上制備得到非晶復(fù)合涂層,研究了鎳鋁青銅非晶復(fù)合涂層的耐磨和耐腐蝕性能及機(jī)理,進(jìn)一步推進(jìn)螺旋槳服役壽命的提升。主要的內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）研究了激光功率和掃描速度對熔覆涂層微觀組織的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:不同激光工藝參數(shù)下所得熔覆層的物相大致相同,隨著激光功率的增加,衍射峰強(qiáng)度先下降后又升高,涂層上部的等軸晶先減少后增多,并有粗大的枝晶生成;隨著掃描速度的增加,所得涂層的衍射峰減少,峰強(qiáng)降低,頂部區(qū)域的等軸晶減少,非晶相增多;熔覆層與基體的結(jié)合區(qū)組織由粗大的樹枝晶或胞狀晶組成,隨著掃描速度的增加,其枝晶區(qū)厚度減少,表明掃描速度的增加有利于抑制晶粒的生長。（2）制備了Cu45Zr47Al8非晶...
【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
螺旋槳的腐蝕現(xiàn)象通常工程應(yīng)用中的失效發(fā)生在工件的表面[2]，因此通過表面工程技術(shù)對鎳鋁
湘潭大學(xué)碩士畢業(yè)論文3緩慢冷卻的條件下，β相會完全轉(zhuǎn)變成α和κ，然而實際的冷卻速度較快，在室溫下β仍有少量殘留相，記為β’，表明具有3R或2H型馬氏體結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)部含有大量NiAl析出物[4]。κ相屬于金屬間化合物，其中κⅡ相是基于Fe3Al的富鐵相，多呈球狀，尺寸為5~10μm，，一般存在于α/β界面，具有DO3晶體結(jié)構(gòu)和0.577nm的晶格常數(shù)。κⅢ相是基于NiAl的富鎳相，通常多呈層片狀，具有有序的BCC晶體結(jié)構(gòu)和0.288nm的晶格常數(shù)。圖1.2鎳鋁青銅在冷卻過程中微觀組織演變過程[10]1.2.2鎳鋁青銅在海洋環(huán)境中的腐蝕行為國內(nèi)外一些學(xué)者對鎳鋁青銅的腐蝕行為進(jìn)行了深入的研究，他們[13-15]發(fā)現(xiàn)該合金會生成一層厚度約為1000nm的致密鈍化膜，對材料的表面具有一定的保護(hù)作用，并且鈍化膜是雙層的，外層是Cu2O，內(nèi)層為Al2O3和一些鐵和鎳的氧化物(Fe2O3和NiO)。但作為螺旋槳材料，長時間運行在高速流動的海水中，同時會受到泥沙及局部應(yīng)力沖擊、空蝕等，從而使所形成的鈍化膜受到破壞。腐蝕破壞作為海洋工程材料主要的失效方式[16,17]，在海水中鎳鋁青銅的腐蝕類型主要包括以下幾種：選相腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕、腐蝕疲勞。(1)選相腐蝕當(dāng)合金中的各種相的電極電位不同時，并且當(dāng)在構(gòu)成元素之間形成富集和貧化區(qū)時，會引起合金的相對活潑的部分相的優(yōu)先腐蝕，這種現(xiàn)象稱為選相腐蝕
長期浸泡過程用電化學(xué)阻抗技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)攪拌摩擦處理后的鎳鋁青銅表面生成的腐蝕膜層是比較均勻致密的，對比于鑄態(tài)表面形成的不連續(xù)膜層，該膜層具有更好的保護(hù)性，此外，攪拌摩擦處理明顯提高了鎳鋁青銅合金表層的機(jī)械性能。Lotfollahi等人[45]研究了攪拌摩擦處理對鎳鋁青銅在模擬海水中沖刷腐蝕行為的影響，分析結(jié)果可知FSP對材料的表面硬度雖然有所提高，但是其沖刷腐蝕形貌為脆性斷裂，而鎳鋁青銅則表現(xiàn)為韌性斷裂，并且失重量明顯高于鑄態(tài)鎳鋁青銅合金，表明經(jīng)FSP處理后其耐腐蝕性能反而變差。圖1.3攪拌摩擦處理示意圖1.3.2熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)[46,47]是一種通過熱源使得噴涂材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，并且以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法，該技術(shù)的原理示意圖如圖1.4所示。通過熱噴涂技術(shù)可以在材料的表面制造一個新的工作表面，從而產(chǎn)生具有多種功能的涂層，例如耐磨性、防腐性、抗氧化性、抗高溫性、隔熱性等，從而達(dá)到提升材料綜合性能的目的。該技術(shù)具有設(shè)備輕便、工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)以及涂層厚度可控制等優(yōu)點，但所制備的涂層通常存在許多缺陷如空隙、結(jié)合力弱和氧化物夾雜等。Brick等人[26]通過超音速火焰噴涂在鋼材表
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光功率對Fe-Si-B激光熔覆涂層微觀組織與性能的影響[J]. 馬斌斌,胡立威,劉學(xué),李晉鋒,張佳佳,樂國敏,李秀燕. 材料熱處理學(xué)報. 2018(07)
[2]Synergistic Effect of Mo, W, Mn and Cr on the Passivation Behavior of a Fe-Based Amorphous Alloy Coating[J]. Wan-Ping Tian,Hong-Wang Yang,Suo-De Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(03)
[3]鐵基非晶合金涂層制備及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 聶貴茂,黃誠,李波,鐘菁,王善林. 表面技術(shù). 2017(11)
[4]不均勻性:非晶合金的靈魂[J]. 管鵬飛,王兵,吳義成,張珊,尚寶雙,胡遠(yuǎn)超,蘇銳,劉琪. 物理學(xué)報. 2017(17)
[5]鎳鋁青銅合金（NAB）的研究進(jìn)展[J]. 呂玉廷,王立強(qiáng),毛建偉,呂維潔. 稀有金屬材料與工程. 2016(03)
[6]電弧噴涂316L不銹鋼涂層的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 金云學(xué),都春燕,王磊. 金屬熱處理. 2015(01)
[7]攪拌摩擦處理（FSP）——一種新型綠色表面強(qiáng)化技術(shù)[J]. 張貴鋒,韋中新,張軍,蘇偉,張建勛. 焊管. 2009(12)
[8]激光熔覆Fe-Ti-B復(fù)合材料涂層的組織[J]. 張維平,劉碩. 中國有色金屬學(xué)報. 2005(04)
[9]Corrosion Behaviours of Copper Alloy in Solutions Containing Na2SO4 and NaCl with Different Concentrations[J]. A.A.El-Meligi. Journal of Materials Science & Technology. 2002(06)
[10]非晶態(tài)材料與應(yīng)用[J]. 顧德驥. 寶鋼技術(shù). 1996(04)
碩士論文
[1]鎳鋁青銅合金的耐蝕性及表面處理的研究[D]. 都春燕.江蘇科技大學(xué) 2014
本文編號：3209746
【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
螺旋槳的腐蝕現(xiàn)象通常工程應(yīng)用中的失效發(fā)生在工件的表面[2]，因此通過表面工程技術(shù)對鎳鋁
湘潭大學(xué)碩士畢業(yè)論文3緩慢冷卻的條件下，β相會完全轉(zhuǎn)變成α和κ，然而實際的冷卻速度較快，在室溫下β仍有少量殘留相，記為β’，表明具有3R或2H型馬氏體結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)部含有大量NiAl析出物[4]。κ相屬于金屬間化合物，其中κⅡ相是基于Fe3Al的富鐵相，多呈球狀，尺寸為5~10μm，，一般存在于α/β界面，具有DO3晶體結(jié)構(gòu)和0.577nm的晶格常數(shù)。κⅢ相是基于NiAl的富鎳相，通常多呈層片狀，具有有序的BCC晶體結(jié)構(gòu)和0.288nm的晶格常數(shù)。圖1.2鎳鋁青銅在冷卻過程中微觀組織演變過程[10]1.2.2鎳鋁青銅在海洋環(huán)境中的腐蝕行為國內(nèi)外一些學(xué)者對鎳鋁青銅的腐蝕行為進(jìn)行了深入的研究，他們[13-15]發(fā)現(xiàn)該合金會生成一層厚度約為1000nm的致密鈍化膜，對材料的表面具有一定的保護(hù)作用，并且鈍化膜是雙層的，外層是Cu2O，內(nèi)層為Al2O3和一些鐵和鎳的氧化物(Fe2O3和NiO)。但作為螺旋槳材料，長時間運行在高速流動的海水中，同時會受到泥沙及局部應(yīng)力沖擊、空蝕等，從而使所形成的鈍化膜受到破壞。腐蝕破壞作為海洋工程材料主要的失效方式[16,17]，在海水中鎳鋁青銅的腐蝕類型主要包括以下幾種：選相腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕、腐蝕疲勞。(1)選相腐蝕當(dāng)合金中的各種相的電極電位不同時，并且當(dāng)在構(gòu)成元素之間形成富集和貧化區(qū)時，會引起合金的相對活潑的部分相的優(yōu)先腐蝕，這種現(xiàn)象稱為選相腐蝕
長期浸泡過程用電化學(xué)阻抗技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)攪拌摩擦處理后的鎳鋁青銅表面生成的腐蝕膜層是比較均勻致密的，對比于鑄態(tài)表面形成的不連續(xù)膜層，該膜層具有更好的保護(hù)性，此外，攪拌摩擦處理明顯提高了鎳鋁青銅合金表層的機(jī)械性能。Lotfollahi等人[45]研究了攪拌摩擦處理對鎳鋁青銅在模擬海水中沖刷腐蝕行為的影響，分析結(jié)果可知FSP對材料的表面硬度雖然有所提高，但是其沖刷腐蝕形貌為脆性斷裂，而鎳鋁青銅則表現(xiàn)為韌性斷裂，并且失重量明顯高于鑄態(tài)鎳鋁青銅合金，表明經(jīng)FSP處理后其耐腐蝕性能反而變差。圖1.3攪拌摩擦處理示意圖1.3.2熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)[46,47]是一種通過熱源使得噴涂材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，并且以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法，該技術(shù)的原理示意圖如圖1.4所示。通過熱噴涂技術(shù)可以在材料的表面制造一個新的工作表面，從而產(chǎn)生具有多種功能的涂層，例如耐磨性、防腐性、抗氧化性、抗高溫性、隔熱性等，從而達(dá)到提升材料綜合性能的目的。該技術(shù)具有設(shè)備輕便、工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)以及涂層厚度可控制等優(yōu)點，但所制備的涂層通常存在許多缺陷如空隙、結(jié)合力弱和氧化物夾雜等。Brick等人[26]通過超音速火焰噴涂在鋼材表
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光功率對Fe-Si-B激光熔覆涂層微觀組織與性能的影響[J]. 馬斌斌,胡立威,劉學(xué),李晉鋒,張佳佳,樂國敏,李秀燕. 材料熱處理學(xué)報. 2018(07)
[2]Synergistic Effect of Mo, W, Mn and Cr on the Passivation Behavior of a Fe-Based Amorphous Alloy Coating[J]. Wan-Ping Tian,Hong-Wang Yang,Suo-De Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(03)
[3]鐵基非晶合金涂層制備及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 聶貴茂,黃誠,李波,鐘菁,王善林. 表面技術(shù). 2017(11)
[4]不均勻性:非晶合金的靈魂[J]. 管鵬飛,王兵,吳義成,張珊,尚寶雙,胡遠(yuǎn)超,蘇銳,劉琪. 物理學(xué)報. 2017(17)
[5]鎳鋁青銅合金（NAB）的研究進(jìn)展[J]. 呂玉廷,王立強(qiáng),毛建偉,呂維潔. 稀有金屬材料與工程. 2016(03)
[6]電弧噴涂316L不銹鋼涂層的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 金云學(xué),都春燕,王磊. 金屬熱處理. 2015(01)
[7]攪拌摩擦處理（FSP）——一種新型綠色表面強(qiáng)化技術(shù)[J]. 張貴鋒,韋中新,張軍,蘇偉,張建勛. 焊管. 2009(12)
[8]激光熔覆Fe-Ti-B復(fù)合材料涂層的組織[J]. 張維平,劉碩. 中國有色金屬學(xué)報. 2005(04)
[9]Corrosion Behaviours of Copper Alloy in Solutions Containing Na2SO4 and NaCl with Different Concentrations[J]. A.A.El-Meligi. Journal of Materials Science & Technology. 2002(06)
[10]非晶態(tài)材料與應(yīng)用[J]. 顧德驥. 寶鋼技術(shù). 1996(04)
碩士論文
[1]鎳鋁青銅合金的耐蝕性及表面處理的研究[D]. 都春燕.江蘇科技大學(xué) 2014
本文編號：3209746
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