316L不锈钢表面超音速火焰喷涂Ni60-CeO2复合涂层组织与性能研究

摘要

随着工业化进程的推进，对材料的性能提出了更高的要求，目前 Ni60自熔性合金粉末很难满足在强磨损、热腐蚀环境下的使用要求，受到在冶炼时添加稀土氧化物可以提高合金的综合性能的启发下，通过在Ni60合金粉末中添加不同含量的纳米CeO2并采用机械球磨工艺制备出分散均匀的Ni60-CeO2复合粉末颗粒，随后采用超音速火焰喷涂工艺在316L不锈钢基体上制备出Ni60-CeO2复合涂层。
　　本研究主要内容包括：⑴利用SEM、XRD以及激光粒度分析仪对复合粉末进行表征，结果表明：机械球磨工艺能够制备出适合超音速火焰喷涂的Ni60-CeO2复合粉末颗粒，当球磨时间为10h时，纳米 CeO2颗粒均匀弥散地分布在 Ni60颗粒上，并呈理想的单分散状态，晶粒尺寸为27.9nm，微观应变为0.32%，粉末形状呈椭球形，经过过筛后即可用于超音速火焰喷涂。⑵采用超音速火焰喷涂工艺在316L不锈钢基体上制备出纳米CeO2添加量为0%、0.5%、1%、1.5%、2%的复合涂层，并对涂层的性能进行表征，结果显示：涂层具有明显层片状结构，纳米CeO2在涂层中起到细晶强化和净化作用，使 Ni60-CeO2复合涂层的显微硬度、结合强度、孔隙率都优于Ni60涂层，并且当纳米CeO2添加量为1%时，复合涂层的结合强度和孔隙率分别为56MPa、2.2%，表现出较好的综合性能。⑶在25℃和300g载荷的干摩擦条件下，Ni60-CeO2复合涂层较Ni60涂层具有较低的摩擦系数和磨损失重，并且磨损失重随着纳米 CeO2添加量的增加，呈现先降低后增加的趋势，并表现出磨粒磨损的特征，当纳米CeO2添加量为1%时，具有最小的磨损失重。⑷在800℃热腐蚀环境下，Ni60-1%CeO2复合涂层表面形成NiO和Cr2O3氧化膜，并且在涂层内部发生氧化和硫化反应生成NiCr2O4、Ni3S2以及CeS，其中CeS对S原子起到钉扎作用，阻碍其向涂层内部扩散，降低硫化反应的程度，使复合涂层具有较小的腐蚀失重，表现出良好的热腐蚀性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 不锈钢的概述

1.3 表面工程

1.4 不锈钢表面涂敷的研究现状

1.5 热喷涂技术

1.6 超音速火焰喷涂

1.7 纳米稀土氧化物的改性作用

1.8 机械球磨

1.9 课题的主要研究内容与技术路线

第2 章 实验方法及性能测试

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 材料的制备

2.4 试样的分析与表征

第3章 机械球磨制备Ni60-CeO2复合粉末

3.1 引言

3.2 实验材料及制备方法

3.3 实验结果

3.4 本章小结

第四章 涂层的组织结构及基本性能表征

4.1 引言

4.2 实验材料及制备方法

4.3 涂层的截面形貌

4.4 涂层的物相分析

4.5 涂层的显微硬度

4.6 涂层的孔隙率

4.7 涂层的结合强度

4.8 本章小结

第五章 涂层的摩擦磨损性能

5.1 引言

5.2 实验材料及方法

5.3 涂层的摩擦系数

5.4 涂层的磨损失重

5.5 磨痕形貌

5.6 本章小结

第六章 涂层的热腐蚀性能

6.1 引言

6.2 实验材料及方法

6.3 涂层的热腐蚀动力学曲线

6.4 热腐蚀后涂层的物相分析

6.5 热腐蚀后涂层的微观结构

6.6 涂层的热腐蚀机理

6.7 本章小结

结论

参考文献

致谢

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