电站阀门用钢热喷涂表面强化研究

摘要

相对钴基自熔合金涂层而言,镍基复合涂层在600℃以内具有优异的耐蚀、耐磨损及抗高温氧化性能,且价格较低,广泛应用于工业生产。本文采用等离子喷涂和氧-乙炔焰喷焊工艺对电站阀门用钢(12CrMoV钢和25＃钢)进行表面改性处理,并对涂层的组织结构及耐磨损、耐腐蚀性能进行测试和分析。
　　本实验采用的涂层材料为自熔性镍基碳化钨粉末,采用OM、SEM、XRD等设备对涂层显微组织结构及相组成进行观察和分析,结果表明,喷涂涂层为层状结构,涂层中存在一定数量孔隙和氧化夹杂,孔隙率为3.5％,与基体的结合方式为机械结合;喷焊涂层组织致密均匀,层状结构消失,孔隙率为2%,与基体的结合方式为冶金结合;两种工艺的涂层物相结构相同,主要由γ-Ni、WC、W2C、及Cr7C3等相组成。
　　采用显微硬度测试计对涂层表面硬度和横截面梯度硬度进行了测试,喷涂涂层硬度为HV870,喷焊涂层为HV930,涂层内部硬度较为均匀;对涂层常温和高温条件下的摩擦磨损性能进行了测试,结果表明,喷涂涂层与喷焊涂层常温摩擦系数相当,约为0.3,高温摩擦系数差异较大,喷涂涂层为0.65,喷焊涂层为0.5;喷涂涂层在磨损过程中WC硬质颗粒发生破裂和脱落,碎化的WC颗粒进入磨道充当磨粒,加剧磨损;喷焊涂层质量较好,耐磨损性能较稳定,两种涂层的磨损机理为氧化物粘着磨损。
　　采用CHI604C电化学工作站对涂层在酸(NaCl+HCl)、盐(3.5%NaCl)、碱(NaCl+NaOH)三种腐蚀液中的电化学腐蚀性能进行测定和分析,结果表明,两种涂层的阳极极化曲线中均存在钝化区间,在三种电解质中的Tafel曲线高度重合,喷涂涂层自腐蚀电位整体较负,自腐蚀电流密度较高;喷涂涂层局部腐蚀严重,腐蚀主要发生在孔隙、裂纹及氧化夹杂等缺陷处,喷焊涂层表面为均匀腐蚀,腐蚀机理为点蚀。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 热喷涂技术

1.2.1 热喷涂技术原理及特点

1.2.2 热喷涂技术工艺及分类

1.3 等离子喷涂技术

1.3.1 等离子喷涂技术的原理及特点

1.3.2 等离子喷涂技术的研究进展

1.4 氧－乙炔焰喷焊技术

1.4.1 氧－乙炔焰喷焊技术原理

1.4.2 自熔性合金粉末

1.4.3 氧－乙炔焰喷焊技术研究现状

1.5 Ni-WC复合涂层技术

1.6 课题背景及研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.1.1 基体材料

2.1.2 涂层材料

2.2 等离子喷涂设备及工艺

2.2.1 等离子喷涂设备

2.2.2 等离子喷涂工艺

2.3 氧－乙炔焰喷焊设备及工艺

2.3.1 氧－乙炔焰喷焊设备

2.3.2 氧－乙炔焰喷焊工艺

2.4 试样制备及组织分析

2.4.1 金相显微分析

2.4.2 扫描电镜分析（SEM）

2.4.3 能谱分析（EDS）

2.4.4 X射线衍射分析（XRD）

2.5 涂层性能分析

2.5.1 硬度测定

2.5.2涂层孔隙率测定

2.5.3 摩擦磨损性能测定

2.5.4 动电位电化学腐蚀测定

第3章 涂层组织及结构分析

3.1 涂层孔隙率

3.1.1 涂层孔隙形成原因

3.1.2 涂层孔隙率

3.2 涂层组织结构分析

3.2.1 等离子喷涂Ni-WC复合涂层组织及结构分析

3.2.2 氧－乙炔焰喷焊Ni-WC复合涂层组织及结构分析

3.3 本章小结

第4章 涂层电化学腐蚀特性分析

4.1 引言

4.2 12CrMoV钢及其等离子喷涂和氧－乙炔焰喷焊涂层耐蚀性分析

4.2.1 酸溶液（NaCl+HCl）中耐蚀性分析

4.2.2 盐溶液（3.5%NaCl）中耐蚀性分析

4.2.3 碱溶液（NaCl+NaOH）中耐蚀性分析

4.3 25#钢及其等离子喷涂和氧－乙炔焰喷焊涂层耐蚀性分析

4.3.1 酸溶液（NaCl+HCl）中耐蚀性分析

4.3.2 盐溶液（3.5%NaCl）中耐蚀性分析

4.3.3 碱溶液（NaCl+NaOH）中耐蚀性分析

4.4 涂层耐蚀性能综合分析

4.4 本章小结

第5章 涂层耐磨性能和磨损机制

5.1 引言

5.2 涂层的硬度

5.3 常温摩擦磨损性能研究

5.3.1 12CrMoV钢基体及其涂层室温磨损形貌及磨损机理

5.3.2 25#钢基体及其涂层室温磨损形貌及磨损机理

5.4 高温摩擦磨损性能研究

5.4.1 12CrMoV钢基体及其涂层高温磨损形貌及磨损机理

5.4.2 25#钢基体及其涂层高温磨损形貌及磨损机理

5.5 涂层耐磨性能综合分析

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢