發(fā)布時間：2020-09-22 14:54

　　 腐蝕與磨損是金屬材料常見的失效形式。等離子噴焊作為表面修復和強化極具發(fā)展前途的新技術(shù)之一,有著廣闊的應用前景。但涂層與基材的結(jié)合性差、易開裂以及孔洞存在等問題是一直是制約該技術(shù)推廣的關(guān)鍵。本文采用PTA-400E-ST型等離子噴焊機,在45鋼表面分別采用Ni60A自熔性合金粉、Ni60A+Ni Cr-Cr_3C_2和Ni60A+Ti-Fe復合粉制備了Ni基、Cr_3C_2增強型、原位生成Ti C增強型Ni基耐磨耐蝕復合噴焊層涂層,通過OA、XRD、SEM和EDS分析了不同噴焊層的組織結(jié)構(gòu)特征;通過顯微硬度分析、磨粒磨損試驗以及電化學腐蝕試驗研究了復合合金噴焊層的力學性能和耐磨耐蝕性能。研究結(jié)果表明:在45鋼表面制備Ni基噴焊層時,焊接電流和焊接速度對鎳基噴焊層質(zhì)量影響顯著,通過調(diào)整工藝參數(shù),可獲得無裂紋、氣孔少,與基材結(jié)合性好的鎳基噴焊層。在Ni60A粉中加入NiCr-Cr_3C_2時,粉體流動性變差,增大焊接電流、調(diào)整焊接速度和增加送粉氣,可有效減輕NiCr-Cr_3C_2對成型性帶來的不利影響。在Ni60A中加入Ti-Fe粉時,粉末流動性變差,且Ti極易氧化,在Ni基噴焊層工藝參數(shù)基礎(chǔ)上,增加焊接電流,提高保護氣,可獲得成型性較好、結(jié)合力強的原位生成TiC增強鎳基復合噴焊層。Ni基噴焊層主要以γ-Ni、Ni_3Fe的柱狀晶和枝晶為主,其間分布有少量(Cr,Fe)_(23)C_6和(Cr,Fe)_7C_3相,為典型的韌性相基體+硬質(zhì)相組織。添加Ni Cr包裹型Cr_3C_2后,NiCr-Cr_3C_2的加入使得噴焊層碳化物硬質(zhì)相增多,少量尖銳菱角Cr_3C_2顆粒分布其中,起到固溶強化和晶粒細化作用。噴焊過程中,Cr_3C_2首先溶解,形成固溶體;隨著摻量增加,固溶達到飽和不再溶解,則以獨立的增強相存在于基體中,當摻量達到15%時,Cr_3C_2的顆粒增強作用達到最大,同時大量尖銳棱角Cr_3C_2交織其中,進一步提高基體的韌性,試樣硬度和韌性得到顯著提高。在Ni60A粉末合加入4%的Ti-Fe合金粉后,噴焊層中有TiC、少量TiB_2出現(xiàn),原因是Ti與C、B形成化合物反應沉淀析出,彌散分布在基體中。噴焊層強韌性的提高是由于(Cr,Fe)_(23)C_6、(Cr,Fe)_7C_3顆粒強化、TiC沉淀強化和細晶強化共同作用的結(jié)果。顯微硬度結(jié)果表明,Ni基噴焊層平均顯微硬度為605HV_(0.2);添加NiCr-Cr_3C_2后,當摻量在5%-15%時,噴焊層顯微硬度隨摻量增加而增大,在15%時達到最大值920HV_(0.2),而平均硬度為857HV_(0.2),這與15%時,Cr_3C_2晶粒細化和顆粒增強作用顯著有關(guān)。添加2%-4%Ti-Fe合金粉可原位生成TiC,TiC在冷卻過程中原位沉淀析出。噴焊層顯微硬度隨Ti-Fe摻量增加而增大,在摻量為4%時噴焊層顯微硬度可達904HV_(0.2),平均顯微硬度為865HV_(0.2)。磨損試驗結(jié)果表明,Ni基噴焊層磨損失重率為1.24%;在Ni60A中添加NiCr-Cr_3C_2,隨著NiCr-Cr_3C_2摻量增加,磨損失重率先降低后增加,在15%時耐磨性最好,磨損失重率降低至0.95%,較鎳基噴焊層提高約23%;對于TiC增強鎳基噴焊層,噴焊層耐磨性隨Ti含量增加而增加,與純Ni基噴焊層磨損試樣相比,摻4%Ti-Fe后噴焊層磨損面幾乎看不到犁溝,僅有少量劃痕和剝落坑,磨損失重率從1.24%降至0.95%,耐磨性提高約35%。說明兩種強化方式中,采用原位生成TiC增強Ni基噴焊層對材料耐磨性能提高更有效。在0.5mol/L鹽酸介質(zhì)中電化學腐蝕試驗結(jié)果表明,添加NiCr-Cr_3C_2、Ti-Fe均能大幅提高Ni基噴焊層耐腐蝕性能,耐腐蝕性順序由大到小為Ti-FeNiCr-Cr_3C_2Ni60A。鎳基噴焊層自腐蝕電位為-0.2506V,自腐蝕電流為1.133×10~(-6)mA。添加NiCr-Cr_3C_2后,當摻量為10%-20%時,噴焊層隨摻量增加耐蝕性提高,10%和15%摻量時自腐蝕電流分別為1.724×10~(-7)mA和2.509×10~(-7)mA,較純Ni基噴焊層降低一個數(shù)量級且在10%摻量時耐蝕性最好;添加2%-4%Ti-Fe合金粉后,噴焊層隨摻量增加而耐蝕性提高,4%摻量時自腐蝕電流3.044×10~(-7)mA,腐蝕電流減小,材料耐蝕性最好。并且TiC增強Ni基噴焊層在酸性耐磨耐腐蝕條件環(huán)境下,比Cr_3C_2增強Ni基噴焊層具有更好的經(jīng)濟性和使用性能。綜上所述,在Ni基合金噴焊層中采用Cr_3C_2、原位生成TiC增強方式,均能顯著提高材料的耐磨耐蝕性。但采用廉價易得的鈦鐵合金原料,選擇適宜的噴焊工藝,能夠得到性價比更高、耐磨耐蝕性能更優(yōu)的復合涂層。該研究結(jié)果對于石油化工、礦物加工等行業(yè)的耐磨耐蝕材料開發(fā)、再制造具有較大的指導作用。
【學位單位】：西華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

圖 1.1 熱噴涂過程示意圖Fig1.1 The process diagram of thermal spraying熱噴涂技術(shù)作為表面改性技術(shù)之一，具有以下特點[14]：（1）基材選擇范圍寬；（2）噴涂技術(shù)材料取材范圍廣，噴涂材料可以選擇金屬、陶瓷、復合材料、石墨等。（3）基體材料受熱影響小，不會產(chǎn)生較大應力和變形。（4）功效高，操作程序少，速度快，施工方便。（5）涂層厚度可控，可以從十幾微米至十幾毫米。（6）多樣的涂層性能，可以形成耐磨、隔熱、抗氧化、耐蝕、防輻射等具有各種不同特殊功能的涂層。目前常用的熱噴涂方法有等離子噴涂，火焰噴涂、電弧噴涂和超音速噴涂等。在噴涂前，工件都要進行噴砂，打磨等預處理，增大基材表面的粗糙度，用以提高涂層與基材金屬之間的結(jié)合強度[3]。陳洋[15]等利用超音速火焰噴涂成功制備了超過 200μm 的Cr2AlC 陶瓷涂層，涂層與基材之間結(jié)合強度高，涂層組織致密、較低的孔隙率，并且噴涂過層中粉末未發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象。He[16]采用等離子噴涂在鋁合金表面制備

表面和合金粉末噴焊過程中不受氧化，從而提高噴焊層質(zhì)量。f）沉積效率高，調(diào)節(jié)性能好，容易操作。圖1.2 等離子噴焊焊槍原理示意圖Fig1.2 Welding pistol schematic diagram of plasma spraying welding process基于以上特點，等離子噴焊技術(shù)已廣泛應用于材料表面強化與防護中，在航空、航天、冶金、機械等領(lǐng)域的作用尤為顯著。宋強[28]等針對石油化工行業(yè)中重要零部件的磨損問題，采用等離子噴焊技術(shù)噴焊Ni基和Fe基自熔性粉末合金制備得到呈冶金結(jié)合的噴焊層，其耐磨性較基體分別提高了6倍和4倍。王彥紅[29]采用等離子噴焊成功制得WC增強Fe基合金噴焊層，當WC含量為10%時，耐磨損性能最好，較不添加WC的Fe基合金噴焊層提高了一倍。Wang Xibao[30]等人對粉末材料在等離子噴焊時的輸運及影響其的主要因素，研究結(jié)果對粉末材料的選擇和噴焊工藝的制定提供了理論基礎(chǔ)。王紅英等[31]試圖改變噴嘴的結(jié)構(gòu)來提高等離子噴焊的效率，通過提高噴距，使用小壓縮孔噴嘴的結(jié)構(gòu)提高熔覆的速度

圖 1.3 金屬陽極極化曲線示意圖Fig1.3 Anode polarization curves diagram of metalE=Ee，m→Ecr。金屬電極按正常陽極溶解規(guī)律進形式溶解為水化離子。M→Mn++neE=Ecr→Ep。電位達到臨界鈍化電位 Ep，金屬開始成過渡氧化物3M+4H2O→M2O3+8H++8ep→Ept。此區(qū)域金屬以穩(wěn)定電流密度值速度溶解，耐蝕性較好的高價金屬氧化物。2M+3H2O→M2O3+6H++6e＞Ept，過鈍化電位從 Ept 開始，電流密度隨電位升薄膜失效并溶解，進一步發(fā)生腐蝕�？梢缘玫阶愿g電位 Ecorr、自腐蝕電流 Icorr，以曲線有維穩(wěn)平臺時以 logip作為評價耐蝕性的標準

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2824540