多种热源熔覆耐硫酸腐蚀合金工艺及组织性能的研究

摘要

硫酸生产及化工行业对耐高温浓硫酸阀门有大量需求。传统耐高温浓硫酸阀门大多由耐腐蚀合金铸造而成。由于高温浓硫酸具有较强的腐蚀性，使得符合性能要求的金属材料价格高昂，从而造成耐硫酸阀门的制造成本居高不下。为了得到符合技术要求同时价格低廉的阀门产品，应相关企业要求,本课题组提出分别使用TIG热源、激光热源和激光-电弧复合热源在价格相对较低的金属基体上熔覆一层耐腐蚀合金，在保持其原有性能的同时，降低耐腐蚀阀门的成本。相关企业对耐硫酸腐蚀设备的技术要求为：硬度>HRC40，腐蚀速率<0.1a/mm，耐腐蚀等级达到5级。
　　首先，建立了热源系统试验平台，根据浙江宣达特种合金流程装备股份公司XDB-6耐腐蚀铸造合金的成分配方，研制出适合进行熔覆的耐腐蚀合金粉末。以304不锈钢为基体材料，分别使用TIG热源、激光热源和激光-电弧复合热源在基体表面熔覆耐腐蚀合金。分析了不同工艺参数对单层单道及单层多道熔覆层熔覆层成形特征的影响；其次，通过扫描电镜、EDS、XRD分析TIG熔覆层、激光熔覆层和激光-电弧复合热源熔覆层的显微组织结构及物相组成。分析不同组织成分及物相组成对熔覆层性能的影响；最后，通过显微硬度仪及洛氏硬度仪对熔覆层的显微硬度和洛氏硬度进行测试分析；通过均匀腐蚀法测量熔覆层在高温浓硫酸中的腐蚀速率；通过扫描电镜、EDS等检测手段对熔覆层腐蚀后的形貌及元素成分进行检测并对其腐蚀机理进行阐述分析；通过电化学工作站对熔覆层的电化学腐蚀性进行检测。
　　试验结果表明：单层单道熔覆时，三种热源熔覆层都与基体都实现了良好的冶金结合。激光熔覆层宏观形貌最好、稀释率最低。其次为激光-电弧复合热源熔覆层。而TIG熔覆层成形较差、稀释率最高。激光-电弧复合热源可以通过更小的激光功率达到与激光熔覆层相近的宏观形貌。
　　熔覆层内的物相主要有Ni2.9Cr0.7Fe0.36、FeNi3、Fe0.64Ni0.35、γ-（Fe，Ni）等，与XDB-6铸造合金差异较大。激光熔覆层的组织较细小、TIG熔覆层组织粗大、激光-电弧复合热源熔覆层组织介于两者之间。
　　TIG熔覆层的显微硬度约为 HV0.2500～HV0.2700，激光熔覆层的显微硬度约为 HV0.2600～HV0.21000，激光-电弧复合热源熔覆层的显微硬度约为 HV0.2500～HV0.2900，XDB-6铸造合金的显微硬度为 HV0.2550。TIG熔覆层的洛氏硬度约为HRC52，激光熔覆层约为HRC63，激光-电弧复合热源熔覆层约为HRC60，XDB-6合金约为HRC53。在120℃，98%浓硫酸中，TIG熔覆层的腐蚀速率为0.0298 mm/a激光熔覆层的腐蚀速率为0.0205 mm/a、激光-电弧复合热源熔覆层的腐蚀速率为0.0224 mm/a，XDB-6铸造合金的腐蚀速率为0.02mm/a。熔覆层及XDB-6合金的腐蚀等级均为4级。激光熔覆层与激光-电弧复合热源熔覆层的耐腐蚀性与XDB-6相近，同时两者的硬度远高于XDB-6。
　　以上研究表明，熔覆层的显微结构及物相组成均与XDB-6铸造合金有较大差异，但熔覆层的洛氏硬度和耐腐蚀性均符合企业技术要求。所以使用熔覆的方法在廉价基体材料上制备耐高温浓硫酸熔覆层可以代替全铸造耐腐蚀合金阀门，从而达到降低成本的目的。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2硫酸工业中的阀门

1.3激光熔覆的国内外研究现状

1.4激光与电弧复合热源的研究现状

1.5本文研究内容及创新点

第2章 试验方法

2.1 试验设备与材料

2.2试样制备与检测方法

2.3本章小结

第3章 熔覆工艺对熔覆层成形的影响

3.1表征熔覆层成型特征的参数

3.2工艺参数对TIG熔覆层成形的影响

3.3工艺参数对激光熔覆层成形特征的影响

3.4工艺参数对激光-电弧复合热源熔覆层成形特征的影响

3.5单层多道焊试验

3.6本章小结

第4章 耐腐蚀合金熔覆层组织及结构的研究

4.1 TIG熔覆层的组织形貌及物相组成

4.2 激光熔覆层的组织形貌及物相组成

4.3激光-电弧复合热源熔覆层的组织形貌及物相组成

4.4 XDB-6的组织形貌及物相组成

4.5 本章小结

第5章 熔覆层性能的研究

5.1工艺参数对熔覆层硬度的影响

5.2熔覆层的耐腐蚀性研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附 录A 攻读学位期间所发表论文目录