SUS304不锈钢表面激光合金化Cr-CrB2层的组织及磨蚀性研究

摘要

随着塑料改性技术的快速发展，玻璃纤维、玻璃微珠、碳酸钙等硬质填充剂的填充量越来越大，塑料混合机的主要部件—桨叶和简体的耐磨蚀性经受着巨大的考验。混合机桨叶和筒体的磨蚀不仅降低了混合机的使用寿命，短期内更换桨叶也会降低企业的生产效益，损坏桨叶的废弃也是对材料的一种浪费，而且它们的磨耗微粒混入塑料中将造成塑料污染，从而降低塑料产品的质量。
　　 针对桨叶和简体材料—SUS304奥氏体不锈钢耐磨蚀性的不足，基于Cr和CrB2粉末优良的耐磨和耐蚀性，本文提出了采用激光表面合金化Cr和CrB2粉末的方法来提高桨叶和简体的耐磨损和腐蚀性能。研究了合金化层的显微组织、物相、显微硬度分布、磨损和腐蚀行为，分析了激光加工参数对显微组织、物相、硬度、磨损和腐蚀性能的影响，探讨了激光加工参数—组织（物相）一磨损腐蚀机理间的相互关系，结论如下:
　　 在SUS304奥氏体不锈钢表面成功制备了Cr-CrB2合金化层，解释了合金化层组织的形成机理。分析表明:合金化层与基体呈冶金结合，其组织由底部平面生长的胞柱状晶以及中部和顶部的枝晶与共晶组成;激光合金化产生了铬硼化物、铬碳化物、铁硼化物、奥氏体和马氏体;在优化的激光加工参数下，合金化层的最大显微硬度为790HV0.1，平均显微硬度为690HV0.1，约是不锈钢的3.13倍。
　　 研究了激光加工参数对合金化层的组织、物相和硬度的影响，结果表明:低激光功率下，合金化层中出现铬硼化物，激光功率提高后，合金化层中出现铁硼化物;合金化层的硬度随激光功率的增加而下降，随扫描速率的增加没有表现出一定的规律，分析表明其原因是合金化层中的组织、奥氏体相和硬质相的种类和成分含量起到不同的作用。
　　 研究了合金化层的磨损性能，分析表明:合金化层的最高相对耐磨性是奥氏体不锈钢的18.76倍;合金化层的耐磨性随激光功率的升高而下降，这种趋势与激光功率对合金化层平均硬度的影响趋势一致;磨损机理分析表明:当激光功率较低、扫描速率较高时，合金化层磨损以剥落为主，磨粒磨损和黏着磨损较少;而激光功率较高、扫描速率较低时，合金化层磨损以磨粒、黏着磨损为主，伴有剥落现象;与不锈钢基体相比，合金化层具有良好的磨损形貌、低的摩擦系数，且合金化层的摩擦系数随时间的波动较小。
　　 研究了合金化层的腐蚀性能，分析表明:合金化层的耐蚀性得到了提高;合金化层的耐蚀性随激光功率的升高而降低;合金化层的耐蚀性与其耐磨性呈现矛盾现象;腐蚀机理分析表明:奥氏体不锈钢基体的腐蚀机理以孪晶晶界腐蚀为主，伴有晶粒上的点蚀，合金化层的腐蚀机理以晶粒间的晶间腐蚀为主，伴有晶粒和晶界处的点蚀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 高速混合机桨叶的使用概况及失效方式

1．1．1 高速混合机桨叶的工作条件

1．1．2 高速混合机桨叶的用材及失效方式

1．1．3 高速混合机桨叶用材的改进

1．2 不锈钢的激光表面改性技术

1．3 激光合金化的特点及应用

1．4 合金粉末的选取

1．5 本文的主要研究内容及意义

第二章 试验

2．1 试验材料

2．2 试验方法及设备

2．2．1 激光合金化试验

2．2．2 试样的检测

第三章 合金化层形貌和硬度分析

3．1 影响激光合金化层的主要因素

3．2 激光处理参数对合金化层形貌的影响

3．2．1 激光功率对合金化层组织的影响

3．2．2 扫描速率对合金化层组织的影响

3．3 合金化层的物相分析

3．4 合金化层的显微组织分析

3．4．1 合金化层的显微组织形成及特点

3．4．2 合金化区元素分布

3．4．3 搭接区显微组织分析

3．5 合金化层的硬度分析

3．5．1 激光功率对硬度的影响

3．5．2 扫描速率对硬度的影响

3．6 本章小结

第四章 合金化层的磨损性分析

4．1 磨损量结果分析

4．2 磨损机理分析

4．3 摩擦系数比较

4．4 本章小结

第五章 合金化层的腐蚀性分析

5．1 引言

5．2 激光合金化参数对腐蚀性的影响

5．3 极化曲线分析

5．4 腐蚀形貌分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果