鋼(不銹鋼)基體上cmt雙絲堆焊鎳基合金工藝研究-碩士論文開(kāi)題報(bào)告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 良的的耐腐蝕以及耐高溫腐蝕性能【29】，而且具有強(qiáng)度高、塑韌性好、加工性能優(yōu)異等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油化工、海洋作業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。寧禮奎等【30】研究了新型定向凝固鎳基高溫合金DZ68的抗熱腐蝕性能，并與K438合金進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：熱處理態(tài)DZ68合金組織中幾乎沒(méi)有(γ+γ39。)共晶組織，碳化物尺寸小，其整體組織比較均勻；在熱腐蝕過(guò)程中發(fā)生比較均勻的腐蝕，其外腐蝕層的腐蝕產(chǎn)物主要是Cr204，(γ+γ39。)共晶和數(shù)量較多、尺寸較大的長(zhǎng)條狀碳化物，組織均勻性較差；在熱腐蝕過(guò)程中發(fā)生不均勻腐蝕,其外腐蝕層的腐蝕產(chǎn)物主要是NiO，內(nèi)腐蝕層的腐蝕產(chǎn)物主要是CrS。兩種合金中Ti元素的偏析有促進(jìn)其它元素偏析的傾向，使合金組織的均勻性惡化，熱腐蝕均勻性變差。在本實(shí)驗(yàn)條件下，DZ68合金的抗熱腐蝕性能略好于K438合金。Tang【31】等在含NaCl和氧氣的超臨界壓強(qiáng)的環(huán)境下，討論了Incoloy800、Incoloy82 Inconel625和HastelloyC276鎳基合金的腐蝕行為，結(jié)果表明Inconel 625和HastelloyC276 在這種特定的環(huán)境下表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性；檢測(cè)到氧化物膜層的主要成分是NiO、NiCr2O4以及 Cr2O3，并對(duì)鎳基合金腐蝕機(jī)制進(jìn)行了討論。Christopher M. Wyliea【32】等研究了熱處理和Cr含量對(duì)鎳基合金耐蝕性的影響，結(jié)果表明：熱處理對(duì)合金耐蝕性的影響不容忽略，含Cr 量相對(duì)低（%）時(shí)，其耐蝕性能也會(huì)隨之降低，而且在pH=，穩(wěn)定性也會(huì)大大降低，并且出現(xiàn)間隙腐蝕；在低Cr 和 Mo的區(qū)域其組織在腐蝕環(huán)境下會(huì)發(fā)生選擇性溶解；Cr含量高達(dá)25 wt % 時(shí)表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐腐蝕，可能與Cr在合金組織中的均勻分布有關(guān)。 Ni基合金涂層的制備方法 激光熔覆技術(shù)激光熔覆技術(shù)，是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，它是利用高能量激光束使添加在表面的改性材料和基體的表面熔化，從而形成具有某些特殊功能（耐磨、耐高溫腐蝕等）及小的稀釋率，并且與基體為冶金結(jié)合的涂層。激光熔覆可以在低成本的材料上制備高性能的表面，因此可以降低能耗，并且由于激光熔覆形成的界面層是冶金結(jié)合，因而比熱噴涂、氣相沉積等方法的結(jié)合強(qiáng)度高。這種特殊的涂層可以使材料表面具有好的耐磨、耐腐蝕、潤(rùn)滑及抗氧化等所需能力；也可以形成一些功能涂層（防輻射、隱形），同時(shí)保持基材好的韌性及強(qiáng)度。整體而言，激光設(shè)備貴重，雖然生產(chǎn)效率高，但成本較高昂。Lu 等【33】通過(guò)激光熔覆的方法在奧氏體不銹鋼 AISI321 上形成了含有NiMoSi，由Mo2Ni3Si組成的初樹(shù)枝晶及晶間Mo2Ni3Si/NiSi共晶組成的無(wú)缺陷的硅化物涂層，以改善其耐磨性能。結(jié)果表明，隨著接觸應(yīng)力及摩擦速度增加，覆層質(zhì)量損失幾乎不變，覆層表面光滑未表現(xiàn)出黏著特征，而不銹鋼的磨損率卻隨之迅速增加。李養(yǎng)良等【34】研究表明，由于熔覆層與基體良好的冶金結(jié)合，以及基體與涂層元素固溶強(qiáng)化和碳化物等析出相的強(qiáng)化作用，在45鋼基體上熔覆Ni基合金時(shí)，激光熔覆層磨損量約為基體的1/3。張松等【35】利用激光熔覆技術(shù)在Monel400合金表面制備了鎳基合金改性層，涂層與基體呈冶金結(jié)合，無(wú)氣孔、裂紋等宏觀缺陷，熔覆層主要由γNi固溶體、多元共晶體及初生碳化物、硼化合物等相組成，合金化區(qū)為平面晶和柱狀晶組織，熔覆區(qū)為樹(shù)枝晶和共晶組織；選擇優(yōu)化的激光輻照工藝進(jìn)行熔覆處理時(shí)，可獲得性能優(yōu)異的鎳基合金改性層，與Monel400合金基體相比，鎳基合金激光改性層的顯微硬度大約是基體的7倍，摩擦系數(shù)明顯減小。等離子噴涂等離子噴涂（）是一種材料表面強(qiáng)化和表面改性的技術(shù)，以等離子弧作為熱源，非轉(zhuǎn)移弧為二次熱源進(jìn)行表面加熱，可以使基體表面具有耐磨耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能；而且還具有熔深淺、稀釋率低(5%)、熔覆速度高、成形規(guī)則、加工余量小等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，是一種具有發(fā)展前景的堆焊工藝。但真空等離子噴涂成本相對(duì)很高，且涂層結(jié)合強(qiáng)度不是很理想，并不適宜大批量生產(chǎn)。1離子氣，2送粉氣，3刮板式送粉氣，4鎢極，5噴嘴，6送粉溝槽，7工件；8旋轉(zhuǎn)式直流弧焊電源，9可控硅直流弧焊電源Figure 吳向清等【36】采用等離子熱噴涂技術(shù)在鋼表面制備了鎳基合金涂層，利用SEM、XRD以及電化學(xué)測(cè)試等方法對(duì)鎳基合金涂層的微觀組織和腐蝕性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：、FeNiMoO2等組成，在NaCl含量為5%溶液的中，僅僅是N80鋼的1/50；在飽和CO2的地層水+%NaCl溶液的酸性環(huán)境中， A/cm2，僅為N80的1/25，對(duì)比兩種腐蝕環(huán)境條件下，鎳基合金涂層的極化曲線都出現(xiàn)了明顯的鈍化趨勢(shì)，具有良好的耐蝕性能；在鹽霧腐蝕環(huán)境中，鎳基合金涂層的腐蝕速率是N80鋼的1/3，因而顯著提高了基體的抗腐蝕性能。喬金士，宣天鵬【37】采用預(yù)置粉末等離子熔覆方法，在45鋼表面制得Ni60和Ni60+ WC的復(fù)合涂層，借助SEM、EDS和XRD等手段研究涂層的抗高溫氧化性能。結(jié)果表明：在氧化膜形成的初期，氧的內(nèi)擴(kuò)散控制其氧化速率，在氧化膜形成的后期則以Cr離子的擴(kuò)散為主； 涂層氧化膜的主要成分為SiO2和Cr2O3，涂層的抗氧化性由涂層的組織和成分兩者共同來(lái)決定，WC顆粒的加入對(duì)涂層的抗氧化性有所增強(qiáng)。V. Pershin等【38】在不銹鋼和Co的基體上進(jìn)行了等離子噴涂鎳基合金試驗(yàn)，并討論了溫度、速率以及噴涂的粒子大小對(duì)試驗(yàn)的影響，測(cè)試了涂層與基體之間的粘附強(qiáng)度、孔隙度、顯微組織以及在加熱基體上的表層氧化物的厚度和成分。不銹鋼上的涂層粘附強(qiáng)度由25℃時(shí)的10MPa變化為650℃時(shí)的74MPa，孔隙度在高溫加熱表面時(shí)比較低，基體加熱后的表層氧化物厚度比較大，但氧化物單獨(dú)確無(wú)法解釋粘附強(qiáng)度升高。Co基加熱時(shí)其氧化程度比不銹鋼的要低得多，同時(shí)也表明加熱可以提高其結(jié)合強(qiáng)度。鎳由于具有良好的耐蝕性，室溫下抗氧化性能好，并且不與濃硝酸反應(yīng)，能耐堿腐蝕等特性，廣泛用于航空航天、石油化工、汽車電子以及醫(yī)療器械等行業(yè)。隨著工業(yè)發(fā)展的需求，單一的鍍Ni技術(shù)已不能滿足產(chǎn)品多功能、高性能的要求，在電鍍鎳層中加入其他合金元素或微粒化合物，形成合金鍍層或復(fù)合鍍層，是提高單一電鍍鎳層綜合性能的重要方式，成為研究熱點(diǎn)。合金電鍍技術(shù)是指兩種或兩種以上金屬離子在陰極上共沉積形成均勻致密鍍層的一種工藝，金屬共沉積過(guò)程需要至少一種金屬離子能單獨(dú)從水溶液中電解析出，且共沉積的金屬元素的電位相近，在電沉積過(guò)程，向鍍液中加入不溶性化合物粒子，形成復(fù)合鍍層，可使鍍層具有某些特殊性能或功能【39】。張樂(lè)【40】采用單脈沖電沉積法制備鎳基合金鍍層，并用SEM、電化學(xué)和失重法，研究了鍍液中添加稀土金屬元素對(duì)鎳基合金鍍層的組織和耐蝕性的影響；結(jié)果表明：鍍液中添加適量的稀土能細(xì)化鎳基合金鍍層組織，使鍍層表面平整致密，有效地提高鍍層的耐蝕性能，能使鎳基合金鍍層在20℃，1 mol/L %。盛敏奇等【41】研究了超聲波(100 W100 kHz)對(duì)電沉積NiCo合金層的結(jié)構(gòu)、組織形貌和性能的影響。結(jié)果表明：施加超聲波能有效減少電沉積過(guò)程中濃度差對(duì)擴(kuò)散的影響，促進(jìn)陰極表面與鍍液界面間的電子轉(zhuǎn)移。超聲波可降低NiCo合金層Co的含量并細(xì)化晶粒，使鎳基合金層變得更為平整。超聲波影響NiCo合金層結(jié)構(gòu)和形貌，%NaCl溶液中的耐腐蝕性。雙層輝光離子滲金屬的基本原理,是在真空容器內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極、陰極(基體)和源極(需滲材料)。陽(yáng)極和陰極及陽(yáng)極和源極之間各設(shè)一個(gè)直流(或脈沖)且可調(diào)高壓電源。當(dāng)真空室抽真空到極限時(shí)，并充入惰性氣體達(dá)到工作氣壓后，接通兩個(gè)直流高壓電源，此時(shí)使陽(yáng)極和陰極以及陽(yáng)極和源極之間分別產(chǎn)生輝光放電，這就是所謂的“雙層輝光放電現(xiàn)象”【42】。雙層輝光離子滲金屬技術(shù)隸屬于等離子表面處理的范圍，它是我國(guó)學(xué)者自主創(chuàng)新的等離子表面改性技術(shù)。該技術(shù)是在離子滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，將只適用于非金屬元素滲入的表面技術(shù)拓寬至可進(jìn)行非金屬及金屬元素單元或多元共滲的領(lǐng)域技術(shù)，極大程度擴(kuò)大了等離子表面合金化技術(shù)的應(yīng)用范圍。徐江、謝錫善、徐重【43】研究了在20鋼和Cr18Ni9的基體上，利用雙層輝光離子滲技術(shù)進(jìn)行NiCrMoCu多元共滲表面合金化，采用電化學(xué)方法對(duì)兩種基體表面形成的滲層在5%HCl中的腐蝕性能進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：在兩種基體上都能得到類似于源極HastelloyC2000合金的表面滲層，在Cr18Ni9表面上形成的滲層的耐蝕性能接近HastelloyC2000合金，并且優(yōu)于Alloy59合金，在20鋼基體上的滲層耐蝕性能要優(yōu)于不銹鋼Cr18Ni9。朱曉林等【44】采用雙層輝光等離子表面技術(shù)在Q235表面制備NiCr合金層，結(jié)果表明：等離子共滲之后，Q235鋼表面形成了厚度約12μm的NiCr合金層，滲層分布均勻致密，無(wú)孔洞裂紋等宏觀缺陷，其表面晶粒凝聚成團(tuán)，呈顆粒狀。Ni、Cr合金元素由表及里呈梯度分布。、Cr23C6以及γ相組成，與基體呈冶金結(jié)合；電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)表明合金層在NaCl溶液中的自腐蝕電位相對(duì)于不銹鋼正移25mV，而且還具有比不銹鋼更小的腐蝕電流密度，而在H2SO4溶液中合金層的腐蝕電位卻負(fù)移9mV，但其腐蝕電流密度依舊遠(yuǎn)小于不銹鋼，因此雙層輝光等離子鎳鉻共滲可顯著提高Q235的耐腐蝕性能。CMT，即Cold metal transfer（冷金屬過(guò)渡）的簡(jiǎn)稱，CMT技術(shù)是在鋼和鋁的焊接、無(wú)飛濺起弧技術(shù)以及微型焊接需求的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。早在 1991年，F(xiàn)ronius就致力于研究鋼和鋁的焊接。1997年Fronius公司成功開(kāi)發(fā)了無(wú)飛濺起弧技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)為CMT的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而后經(jīng)過(guò)五年的努力，F(xiàn)ronius公司在2002年成功開(kāi)發(fā)出CMT焊接