發(fā)布時(shí)間：2017-10-14 02:35

  本文關(guān)鍵詞：激光熔覆高耐蝕耐磨納米晶涂層的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 電化學(xué)腐蝕 抗磨性 硬度 顯微組織

【摘要】：本文針對工業(yè)生產(chǎn)中的兩種重要零部件--盾構(gòu)機(jī)刀具和螺旋槳葉片進(jìn)行研究。首先利用激光熔覆技術(shù),將Fe-Co-Si-B、Fe-Co-Ni-Si-B、Fe-Mo-Ni-Si-B三個(gè)涂層體系熔覆在中碳鋼表面,然后再采用激光重熔工藝對熔覆層進(jìn)行處理并成功獲得非晶-納米晶復(fù)合涂層。通過宏觀觀察、顯微組織分析、物相分析、硬度、耐腐蝕性、耐磨損性能等一系列分析測試,得出性能最優(yōu)的涂層體系;然后利用其優(yōu)異的耐磨損和抗腐蝕性能,在盾構(gòu)機(jī)刀具表面制備出Fe-Mo-Ni-Si-B涂層,并研究其組織和性能。為了提高螺旋槳葉片在海水中的耐蝕能力,在其基體材料鎳鋁青銅(NAB)表面制備出Ni-Cr-Cu涂層,通過改變激光掃描速度,研究不同熱輸入對涂層組織和性能的影響,并得出耐蝕性最佳的激光工藝參數(shù)。利用激光熔覆與重熔技術(shù)在中碳鋼表面成功制備出與基體呈良好冶金結(jié)合的Fe-Co-Si-B、Fe-Co-Ni-Si-B和Fe-Mo-Ni-Si-B三種涂層,并系統(tǒng)研究了涂層的組織與性能。激光重熔之后,涂層的組織進(jìn)一步得到細(xì)化,獲得納米晶組織,非晶所占的比例也得到增加。涂層的顯微硬度約為45鋼的4~5倍。經(jīng)過激光重熔之后的重熔層硬度更高,都約達(dá)到1000HV0.2左右,其中Fe-Mo-Ni-Si-B這個(gè)涂層體系重熔層的顯微硬度是最高的,可達(dá)1120HV0.2。極化曲線和阻抗譜分析表明,與45鋼基體相比,合金體系的自腐蝕電位都正向移動(dòng)了400m V~500m V,涂層的腐蝕傾向大大減小。重熔處理前后的涂層相比,重熔后的涂層腐蝕電流密度更小,表明重熔層的抗蝕性更優(yōu)。其中Fe-Mo-Ni-Si-B重熔層的耐蝕性最好,自腐蝕電位為-248.44 m V,自腐蝕電流密度為1.2763×10-6 Amps/cm2。Fe-Mo-Ni-Si-B涂層的磨損試驗(yàn)結(jié)果表明:激光熔覆和重熔處理后的涂層與基體相比,耐磨性能得到了極大的提高,尤其是激光重熔后的試樣,磨損性能與基體相比,提高了5倍左右。由物相分析和硬度分析可知,熔覆層和重熔層中含有大量的硬質(zhì)晶體相且晶粒較為細(xì)小,故涂層的耐磨損性能與基體相比有很大提高。取國產(chǎn)、進(jìn)口兩種不同的盾構(gòu)機(jī)刀片進(jìn)行失效分析研究,結(jié)果表明:盾構(gòu)機(jī)刀具在硬巖石中工作時(shí),磨損機(jī)制為磨粒磨損和疲勞磨損,而且進(jìn)口刀片的耐磨損性更優(yōu)。根據(jù)刀具的磨損失效形式,結(jié)合刀具的工作環(huán)境,建議使用耐磨損、抗疲勞的冷作模具鋼LD。通過激光熔覆技術(shù)在盾構(gòu)機(jī)刀具表面制備出Fe-Mo-Ni-Si-B涂層,所獲得的涂層能與基體結(jié)合良好且性能優(yōu)異。激光單道熔覆涂層和多道搭接熔覆層的自腐蝕電位與基體相比分別正移了40m V、101m V,自腐蝕電流密度也有所下降,其中多道搭接熔覆層的Icorr最小,是9.7466×10-8 Amps/cm2,與刀具材料相比約提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。激光熔覆之后所得涂層的顯微硬度約為基體的2~3倍,其中多道搭接涂層的硬度最高,可達(dá)1200HV0.2。且涂層能夠顯著提高刀具的耐磨損性能,多道搭接涂層的磨損失重約為基體的1/5。螺旋槳葉片材料鎳鋁青銅表面激光熔覆Ni-Cr-Cu涂層,在不同的激光掃描速度下,涂層與基體都能呈良好的冶金結(jié)合。涂層的物相包含鎳、銅和鉻的固溶體,其中還彌散分布著一些為熔化的顆粒。不同激光掃描速度下涂層的腐蝕電位跟基體對比,都正向提高;自腐蝕電流密度都不同程度地減小,表明涂層的抗蝕性與基體相比有較大改善。試驗(yàn)過程中,工藝參數(shù)選擇4000W,500mm/min,所得的涂層腐蝕電位最高,可達(dá)28.026 m V;此時(shí),涂層的自腐蝕電流密度最小,是6.3119×10-7 A/cm2,與基體對比,提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 電化學(xué)腐蝕 抗磨性 硬度 顯微組織
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-29
• 1.1 表面工程10-11
• 1.2 激光熔覆技術(shù)11-14
• 1.3 激光熔覆層的性能14-18
• 1.4 激光重熔技術(shù)18-19
• 1.5 激光熔覆制備非晶納米晶復(fù)合涂層19-24
• 1.6 盾構(gòu)機(jī)刀圈及螺旋槳葉片常見失效形式24-26
• 1.7 本課題的研究意義及主要內(nèi)容26-28
• 1.8 本課題的研究路線28-29
• 2 激光熔覆與重熔制備非晶納米晶復(fù)合涂層29-49
• 2.1 引言29
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備及測試方法29-33
• 2.3 基體材料及涂層體系33-35
• 2.4 激光熔覆及重熔對涂層顯微組織的影響35-37
• 2.5 激光熔覆及重熔對涂層相結(jié)構(gòu)的影響37-39
• 2.6 激光熔覆及重熔對涂層顯微硬度的影響39-42
• 2.7 激光熔覆及重熔對涂層耐腐蝕性能的影響42-45
• 2.8 激光熔覆及重熔對Fe-Mo-Ni-Si-B涂層摩擦磨損性能的影響45-47
• 2.9 本章小結(jié)47-49
• 3 Fe-Mo-Ni-Si-B非晶納米晶耐磨涂層在刀圈基體的制備49-68
• 3.1 引言49
• 3.2 國產(chǎn)、進(jìn)口兩種盾構(gòu)機(jī)刀片的失效分析49-55
• 3.3 刀圈基體表面Fe-Mo-Ni-Si-B非晶納米晶復(fù)合涂層的制備55-66
• 3.4 本章小結(jié)66-68
• 4 鎳鋁青銅表面激光熔覆Ni-Cr-Cu涂層性能研究68-80
• 4.1 引言68
• 4.2 基體和Ni-Cr-Cu涂層體系的成分68-70
• 4.3 鎳鋁青銅基體和Ni-Cr-Cu涂層的相結(jié)構(gòu)70-71
• 4.4 基體和Ni-Cr-Cu涂層的組織形貌71-74
• 4.5 基體和Ni-Cr-Cu涂層電化學(xué)性能74-77
• 4.6 基體和Ni-Cr-Cu涂層電化學(xué)腐蝕形貌77-78
• 4.7 本章總結(jié)78-80
• 5 全文總結(jié)80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄89

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