新型稀土镍基自熔性合金涂层高耐磨耐蚀性的研究

摘要

针对石油钻采等行业泥浆泵柱塞大量失效的情况，研究在镍基自熔性合金Ni60A的基础上，进一步提高其耐磨耐蚀性，从而延长合金喷焊涂层的使用寿命，意义重大。通过对Ni60A合金加入微量的Cu、Mo、Nb和稀土钇(Y)元素进行微合金化，研制出一种新型高性能稀土镍基自熔性合金粉体材料-NiCrY。采用双级耦合低真空氮气雾化喷粉系统，分别制备出NiCrY和Ni60A合金粉末，并用高速火焰喷焊技术在45#钢表面制备了NiCrY与Ni60A合金喷焊涂层。对NiCrY合金粉末的物理性能及其喷焊涂层的组织结构、化学成分、表面硬度、耐磨耐腐蚀性等方面与Ni60A合金粉末进行了对比分析研究。
　　 利用SEM、EDS、XRD等现代分析技术，对NiCrY合金喷焊涂层的形貌特征、微区成分、微观组织进行分析，试验结果表明:NiCrY合金喷焊涂层为韧基体+硬质相的耐磨组织，NiCrY合金中有新相MoB析出。NiCrY合金组织致密，硬质相呈细粒状均匀分布于基体之上，研究表明:Cu、Mo、Nb和稀土Y的合金化作用，改善了NiCrY合金组织结构。尤其是稀土Y，能够净化晶界、细化晶粒、强化固溶体，促进新相析出。
　　 硬度及磨损试验表明:NiCrY比Ni60A喷焊涂层具有更高的硬度和耐磨性，其中Ni60A和NiCrY合金喷焊涂层的磨损率(1×10-6mm3/m·N)分别为2.6809和1.1660。摩擦系数分别为0.8和0.5，这主要得益于合金元素Cu、Mo、Nb、Y的微合金化作用，改善了合金喷焊涂层组织结构，从而提高了合金的耐磨性。
　　 利用浸泡腐蚀试验和电化学腐蚀试验方法研究分析了两种合金喷焊涂层在H2SO4（1mol/L）溶液和HCL（1mol/L）溶液中的耐腐蚀性，试验结果表明:两种腐蚀介质中，NiCrY较Ni60A的自腐蚀电位都存在一定的正移，自腐蚀电流密度减小，NiCrY合金喷焊涂层在H2SO4（1mol/L）溶液和HCL（1mol/L）溶液中显示出较高的耐腐蚀性能。
　　 通过对Ni60A合金加入微量的Cu、Mo、Nb和稀土钇(Y)元素进行微合金化制得的NiCrY合金粉末，与原粉末相比，具有较好的物理性能，喷焊涂层硬度高、耐磨性和耐蚀性明显提高，性价比突出，应用于石油钻采行业泥浆泵柱塞等部件的表面涂层制造和修复具有一定的推广价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 镍基自熔性合金

1．2．1 概述

1．2．2 研究现状

1．2．3 应用领域

1．3 课题研究内容与意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

第2章 合金粉末成分设计与性能测试

2．1 研究背景

2．2 合金粉末制备

2．2．1 成分设计

2．2．2 熔炼工艺

2．2．3 雾化制粉

2．3 粉末物理性能测试

2．3．1 粉末形貌

2．3．2 粉末的松装密度和流动性

2．3．3 粉末的空心粉率

2．3．4 粉末粒度分布

第3章 合金喷焊层组织与成分

3．1 氧乙炔火焰喷焊技术

3．1．1 概述

3．1．2 氧乙炔火焰喷焊过程

3．1．3 涂层形成机理

3．1．4 涂层特征

3．1．5 合金期末喷焊工艺

3．1．6 氧乙炔火焰喷焊设备

3．2 试验过程

3．2．1 喷焊涂层试样的制备

3．2．2．金相试样制备

3．2．3 显微组织与成分分析

3．3 试验结果分析

3．3．1 涂层形貌对比

3．3．2．成分分析

3．3．3 物相分析

3．4 讨论

3．5 本章小结

第4章 合金涂层耐磨性能研究

4．1 磨损

4．2 试验内容

4．2．1 硬度实验

4．2．2 磨损试验

4．3 实验结果

4．3．1 涂层硬度

4．3．2 磨损试验结果

4．4 讨论

4．5 本章小结

第5章 合金涂层耐腐蚀性能研究

5．1 腐蚀概述

5．2 腐蚀试验方法

5．2．1 浸泡腐蚀

5．2．2 电化学腐蚀

5．2．3 腐蚀实验结果

5．3 讨论

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文