深冷处理火焰熔覆自熔性镍基合金涂层组织与性能的研究

摘要

镍是一种重要的金属材料，其合金应用普遍。镍基合金性能优良，具有良好的高温强度、抗腐蚀能力、抗摩擦磨损和耐疲劳等性能。将其以粉末的形式涂敷在基体材料上形成保护涂层，即有效的保护了基体材料又充分发挥了镍基合金的优良性能，而且经济环保，使得镍基合金得到了广泛应用。随着工作条件越来越苛刻，当涂层的喷涂工艺优化到一定程度后，传统的镍基合金涂层的性能已不能满足一些使用要求更高的工况。所以，为了更好的发挥并提高涂层的性能，本研究采用深冷处理技术对镍基合金涂层进行深冷处理，进一步提高涂层的性能，以满足越来越高的使用需求。 研究选用N i 25、Ni 35、Ni 45、Ni 60自熔性镍基合金粉末作为涂层材料，采用火焰熔覆技术，将其熔覆在45 #钢基体表面制备试样，再将试样置于-196 ℃液氮中进行2 h、8 h、24 h、48 h不同工艺的深冷处理。对深冷处理后的试样进行性能测试，采用洛氏硬度计和摩擦磨损试验机分别进行硬度测试和摩擦磨损性能测试，分析深冷处理对Ni 25、N i 35、Ni 45、Ni 60自熔性镍基合金涂层力学性能的影响规律，并通过光学显微镜，扫描电镜和 X射线衍射仪对涂层进行微观组织观察、能谱分析及物相分析，探究深冷处理对涂层性能的影响机理。 对火焰熔覆Ni 25自熔性镍基合金涂层进行不同工艺深冷处理发现，涂层与基体结合良好，未出现开裂现象。当深冷处理时间为2 h时，涂层硬度最高，达到40.44 HRD，涂层的摩擦磨损性能最好，磨损量减少到0.0367 g。因此深冷处理有助于火焰熔覆Ni 25自熔性镍基合金涂层力学性能的提高，并且深冷处理2 h最佳，硬度提高了5.5%，磨损量降低了67.28%。对涂层进行微观组织、元素含量及物相分析发现，呈网状组织结构的细化，均匀化以及C r23 C6的析出是涂层力学性能提高的主要原因。 对火焰熔覆Ni 35自熔性镍基合金涂层进行不同工艺深冷处理发现，涂层与基体结合良好，未出现开裂现象。当深冷处理时间为2 h时，涂层硬度最高，为59.44 HRD；当深冷处理时间为8 h时，涂层的摩擦磨损性能最好，磨损量减少到0.01735 g。因此深冷处理有助于火焰熔覆Ni 35自熔性镍基合金涂层力学性能的提高，并且深冷处理8 h最佳，涂层硬度为59.25 HRD，硬度提高了3.51 %，磨损量降低了 54.22 %。对涂层进行微观组织、元素含量及物相分析发现，呈网状组织结构的细化，均匀化，Cr7C3二次碳化物的析出，是涂层力学性能提高的主要原因。 对火焰熔覆Ni 45自熔性镍基合金涂层进行不同工艺深冷处理发现，涂层与基体结合良好，未出现开裂现象。经深冷处理后，涂层硬度有所提高但不明显。当深冷处理时间为8 h时，涂层硬度达到最高59.4 HRD，硬度提高了1.71 %。当深冷处理时间为2 h时，涂层的摩擦磨损性能最好，磨损量减少到0.00295 g，磨损量降低了80 %。因此深冷处理有助于火焰熔覆N i 45自熔性镍基合金涂层力学性能的提高。对深冷处理涂层进行微观组织、元素含量及物相分析发现，涂层经深冷处理后，其网状组织结构被破坏，形成了不利于摩擦磨损性能的不均匀块状组织结构，组织结构的变化是影响摩擦磨损性能的主要原因。 对火焰熔覆Ni 60自熔性镍基合金涂层进行不同工艺深冷处理发现，涂层与基体结合良好，未出现开裂现象。经深冷处理后，涂层硬度有所提高但不明显。当深冷处理时间为8 h时，涂层硬度达到最高72.14 HRD，提高了1.98 %。当深冷处理时间为24 h时，涂层摩擦磨损性能最好，磨损量减少到0.0023 g，磨损量降低了80.17%。因此，深冷处理有助于火焰熔覆N i 60自熔性镍基合金涂层力学性能的提高。对深冷处理涂层进行微观组织、元素含量及物相分析发现，深冷处理后网状组织细化，网格扩大，均匀化，涂层组织结构的优化是涂层力学性能提高的主要原因。 试验结果表明，深冷处理对Ni 25、Ni 35、Ni 45、Ni 60自熔性镍基合金涂层的有效深冷处理时间在2~8 h，当深冷处理时间在2~8 h时，涂层的硬度达到最高，再进行长时间的深冷处理涂层硬度不再升高反而降低。而且深冷处理对 Ni 25、Ni 35涂层硬度的影响比N i 45、Ni 60涂层的要高，分析认为由于Ni 25、Ni 35含碳量低，涂层原始组织中颗粒物少，硬度低，深冷处理后析出的碳化物对涂层硬度的提高比较明显，而N i 45、Ni 60涂层含碳量高，涂层原始组织中颗粒物较多，硬度高，所以深冷处理后涂层硬度的提高不明显。涂层的摩擦磨损性能与涂层硬度的变化规律相似，当深冷处理时间在 2~8h 时涂层的摩擦磨损性能也达到最好，分析发现涂层的组织结构对其摩擦磨损性能也有影响，细化均匀的网状组织结构对合金涂层的摩擦磨损性能是有利的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 镍及镍基合金国内外研究现状

1.3 火焰熔覆

1.4 深冷处理

1.5 国内外已有研究成果

1.6 研究目标及内容

第2章 试验方法

2.1 试验技术路线

2.2 试验材料

2.3 试验设备及工艺

第3章 深冷处理对Ni 25合金涂层组织和性能的影响

3.1 硬度

3.2 摩擦磨损

3.3 组织结构及物相分析

3.4 本章小结

第4章 深冷处理对Ni 35合金涂层组织和性能的影响

4.1 硬度

4.2 摩擦磨损

4.3 组织结构及物相分析

4.4 本章小结

第5章 深冷处理对Ni 45合金涂层组织和性能的影响

5.1 硬度

5.2 摩擦磨损

5.3 组织结构及物相分析

5.4 本章小结

第6章 深冷处理对Ni 60合金涂层组织和性能的影响

6.1 硬度

6.2 摩擦磨损

6.3 组织结构及物相分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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