添加钨、钽元素对镍基自熔性合金等离子堆焊涂层组织与性能影响的研究

摘要

本论文以石油行业开采过程中泥浆泵柱塞以及相应工程中零部件表面大量磨损和腐蚀失效的情况为背景，研究进一步提高零部件表面耐磨耐蚀性能的技术工艺，在45＃钢表面采用粉末等离子堆焊技术制备了NiCrWTa镍基合金堆焊层涂层。与相同工艺下制备的Ni60A合金堆焊层进行对比，综合分析了NiCrWTa合金堆焊层的化学成分、组织结构、表面硬度、耐酸腐蚀性能、耐磨性能等物理特性。
　　通过电子扫描显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)等分析手段分析了堆焊层的形貌特征、组织结构以及成分，实验结果表明:NiCrWTa与Ni60A两种合金堆焊层具有相同的镍基体和硬质相成分，不同的是NiCrWTa合金堆焊层中析出了新相WC、Ni0.9Ta0.1、Nb0.1Ni.09等，析出相在组织内部分布比较均匀，而且其组织致密。
　　通过硬度测试与磨损测试分析，结果表明:NiCrWTa合金堆焊层的洛氏硬度和维氏硬度分别为62.9与613.6， Ni60A合金堆焊层硬度分别为60.8与520.0，前者的硬度相比较要更高;二者的磨损率分别为0.495和1.025，后者是前者的2.05倍，明显前者具有更好的耐磨性。
　　通过重量法测定腐蚀速度以及对阳极极化曲线的测定，研究结果表明:在HCL溶液(1mol/L)中，NiCrWTa合金堆焊层与Ni60A合金堆焊层的腐蚀速率分别为4.6和58.212，Ni60A合金堆焊层的腐蚀速率几乎是NiCrWTa合金堆焊层腐蚀速率的13倍，这说明NiCrWTa的耐盐酸腐蚀的性能大大高于前者;在H2SO4溶液(1mol/L)中，二者的腐蚀速率分别为3.196和64.364，后者约为前者的20倍，前者的耐酸腐蚀性能要远好于后者;它们在H2SO4溶液(1mol/L)中的自腐蚀电位分别是ψcorr(V)为-0.332和ψcorr(V)为-0.288;自腐蚀电流密度Jcorr(A/cm2)为1.886e-4和自腐蚀电流密度Jcorr(A/cm2)为3.937e-5。它们在HCL溶液(1mol/L)的自腐蚀电位分别是ψcorr(V)为-0.292和ψcorr(V)为-0.188;自腐蚀电流密度Jcorr(A/cm2)为1.569e-4和自腐蚀电流密度Jcorr(A/cm2)为2.423e-5。NiCrWTa合金堆焊层比Ni60A合金堆焊层表现出更好的耐酸腐蚀性能。研究结果同时表明，镍基合金在含有Cl-离子的酸性溶液中由于点蚀的存在，其腐蚀速率要比其它酸性溶液中的速率高。
　　通过加入适量的合金元素Cu、Mo、Nb、Ta、W以及微量的稀土元素Ce能明显改善其原来的组织结构，强化镍基体，使晶粒细化，并且净化了晶界，利用粉末等离子堆焊工艺得到的堆焊层具有更好的耐磨耐蚀性能以及优异的性价比，在修复零部件以及预先在零部件表面制备耐磨耐蚀性能涂层的应用领域中有非常好的市场前景，具有很大的推广价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面工程技术内容简介

1．3 表面工程技术的应用范围与发展趋势

1．3．1 表面工程技术的应用

1．3．2 表面工程技术的发展趋势

1．4 堆焊技术简介

1．4．1 堆焊方法的分类

1．4 堆焊材料介绍

1．4．1 堆焊材料的分类

1．4．2 镍基自熔性粉末合金堆焊材料

1．5 镍基合金国内外研究现状

1．5．1 国外研究现状

1．5．2 国内研究现状

1．6 课题研究的目的、意义和内容

1．6．1 课题研究的目的和意义

1．6．2 课题研究的内容

第二章 等离子弧堆焊工艺及实验方案设计

2．1 引言

2．2 粉末等离子堆焊技术原理简述及工艺参数确定

2．2．1 粉末等离子弧堆焊的技术原理

2．2．2 等离子堆焊工艺及参数确定

2．3 实验选材

2．3．1 金属基体的选择及表面预处理

2．3．2 堆焊层合金的选择

2．4 试样制备及试验流程设计

第三章 合金堆焊层组织与成分分析

3．1 引言

3．2 组织与成分分析

3．2．1 金相试样的制备

3．2．2 分析手段

3．3 实验结果分析

3．3．1 堆焊层形貌对比分析

3．3．2 堆焊层成分分析

3．3．3 物相分析

3．4 本章讨论及小结

3．4．1 本章讨论

3．4．2 本章小结

第四章 合金堆焊层耐磨性能研究

4．1 引言

4．2 实验内容

4．2．1 合金堆焊层的硬度

4．2．2 磨损试验

4．3 试验结果分析

4．3．1 洛氏硬度分析

4．3．2 维氏硬度分析

4．3．3 磨损试验结果分析

4．3．4 磨损试样形貌与成分分析

4．4 讨论

4．5 本章小结

第五章 合金堆焊层耐腐蚀性能研究

5．1 引言

5．2 实验内容

5．2．1 重量法测定腐蚀速度

5．2．2 阳极极化曲线的测定

5．3 腐蚀试验结果分析

5．3．1 堆焊层合金在硫酸溶液中的耐腐蚀性

5．3．2 堆焊层合金在盐酸溶液中的耐腐蚀性

5．4 讨论

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢