Slijtage en corrosie zijn twee belangrijke oorzaken van oppervlaktefalen van materialen. Oppervlakteversterkingstechnieken zoals chemische warmtebehandeling, lasercladding, opdampen, galvaniseren en spuiten kunnen echter de slijtvastheid van metalen oppervlakken effectief verbeteren. Op dit moment zijn de nitreerbehandelingstechnologie en de lasercladtechnologie gebruikelijke versterkingsmiddelen en worden ze op grote schaal gebruikt in de offshore-industrie, de luchtvaart, kernenergie en andere gebieden. De FeCrNiMo-coating werd bereid door middel van lasercladtechnologie. Het bleek dat in de vorm van wrijvingsslijtage door ringblokken het belangrijkste mechanisme van de bekledingslaag schurende slijtage en oxidatieslijtage was. In de vorm van heen en weer gaande wrijving en slijtage van kogels en schijven, wordt de bekledingslaag gedomineerd door oxidatieslijtage en vermoeidheidsslijtagemechanismen.
Het traditionele nitreerproces heeft de problemen van lange tijd en lage efficiëntie. Om de nitreerefficiëntie te verbeteren en de brosse nitreerlaag te verminderen, en de slijtvastheid van de hoge nitreerlaag verder te verbeteren, worden momenteel de belangrijkste problemen geconfronteerd.
De bindende kracht van Ti en N is erg sterk. Het toevoegen van geschikt Ti kan de oppervlaktehardheid en diepte van de nitreerlaag vergroten en de nitreerefficiëntie verbeteren. Tegelijkertijd heeft Ti het effect van het raffineren van korrels, wat de taaiheid van de hoognitreerlaag kan verbeteren. Daarom worden in dit artikel verschillende Ti-inhoud (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2, De effecten van Ti-inhoud op de microstructuur, hardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand van Ni-Cr-Mo- Ti-lasercladding en plasmanitrerende composietlaag werden bestudeerd. De mogelijke slijtage- en corrosiemechanismen werden besproken om een theoretische en experimentele basis te verschaffen voor het verbeteren van de slijtage- en corrosieweerstand van de coating.
1. Experimentele materialen en methoden
Als basismateriaal werd 304SS geselecteerd, Ni, Cr, Mo, Ti metaalpoeder met een zuiverheid hoger dan 99,95 massa% en een deeltjesgrootte van 48 ~ 74 μm. Wegen werd uitgevoerd volgens de molaire verhouding (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 en 4 at%). Om de beschrijving te vereenvoudigen, werden de bereide coatings respectievelijk S1 en S2 genoemd en werd de lichaamssamenstelling weergegeven in Tabel 1. Het poeder wordt in een vacuüm roestvrijstalen container gedaan, de roestvrijstalen kogel wordt gebruikt als maalbal voor 6 uur, en het gemalen poeder wordt 24 uur gedroogd in een vacuümdroogoven bij 60 graden. Het legeringspoeder met een dikte van 2 mm werd op het oppervlak van de matrix gecoat met de vooraf ingestelde poedermethode, en de halfgeleiderexcizer voor optische vezels (LSJG-BGQ-2000) met een maximaal uitgangsvermogen van 2 kW werd gebruikt voor bekleding. Het vermogen is 2,0 kW, de scansnelheid is 30 mm/min, de overlapsnelheid van meerkanaalsbekleding is 40% ~ 50% en het Ar-gas wordt met een snelheid van 15 l/min in het AR-gas geleid. De monsters werden genitreerd door een verticale ionennitreeroven met verwarming (FD-WR60/80) met een bedrijfsspanning van 720 V, een vacuümgraad van (350 ± 10) Pa, een nitreertemperatuur van 540 graden en een houdtijd van 8 uur. De monsternamen waren 304-N, S1-N en S2-N na nitreren, toen N2 en H2 werden geïnjecteerd in de verhouding van 1:5.
Tabel 1 Chemische samenstellingen van de ( NiCr ) 92-x Mo8 Tix-coatings ( at%)
|
Steekproef |
Ni |
Cr |
ma |
Ti |
|
S1 |
45 |
45 |
8 |
2 |
|
S2 |
44 |
44 |
8 |
4 |
Het monster werd met een draadsnijmachine in testblokken van 10 mm x 5 mm gesneden, gepolijst en gepolijst tot de goudfasestandaard, en gecorrodeerd met koningswater (HCl ∶ HNO3=3 ∶ 1). De fasesamenstelling van het monster werd geanalyseerd met een D/MAX-2500PC röntgendiffractometer (XRD). Het Cu K-doel (λ=0.15405 nm) wordt gebruikt als stralingsbron, de buisspanning is 40 kV, de buisstroom is 100 mA en de scanhoek is 20 graden ~ 100 graden. Rasterelektronenmicroscopie (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) en energiedispersieve spectroscopie (EDS) werden gebruikt om de microstructuur, chemische samenstelling en nitreerdikte van de coating te analyseren. Er werd een Vickers-hardheidsmeter (HVS-1000) gebruikt om de microhardheid van het coatingoppervlak en van de bovenkant van de coating tot aan het substraat te meten met een belasting van 100 g en een laadtijd van 15 s. Een heen en weer bewegende kogel- en plaatwrijvings- en slijtagetestmachine (Rect MFT-5000) werd gebruikt om de slijtagelijn van de coating als volgt te testen: de belasting was 20 N, de slijtagetijd was 10 minuten en het slijpmateriaal was een Al203-kogel met een rechte diameter van 9,8 mm. Tegelijkertijd werd de wrijvingscoëfficiënt (COF) geregistreerd en de slijtagemorfologie werd geanalyseerd door BRUKER Contour GT-K1 en SEM. Het corrosiegedrag van de bekledingscoating en het nitreeroppervlak werd getest met behulp van de traditionele systeemmodus met drie elektroden. De testapparatuur was het Gmary Reference 3000 elektrochemische werkstation. Het testoppervlak werd gebruikt als werkelektrode, de verzadigde calomelelektrode (SCE) werd gebruikt als referentie-elektrode en de platina-elektrode werd gebruikt als tegenelektrode. De elektrolyt is een NaCl-oplossing van 3,5 massa%. Het monster werd 24 uur geweekt in een HCl-oplossing van 1 mol/l, lichtjes gewassen met watervrije alcohol en gedroogd, en de corrosiemorfologie werd waargenomen met SEM.
2. Conclusie
1) (NiCr) 92-x Mo8 Tix-bekledingslaag bestaat hoofdzakelijk uit FCC-fase, σ-CrMo-fase en een kleine hoeveelheid Cr2Ti-fase. De vorming van de (Cr,Ti) N-fase na nitreerbehandeling. Met de toename van het Ti-gehalte neemt het gehalte aan (Cr,Ti) N-fase toe en neemt de dikte van de nitreerlaag toe.
2) Met de toename van het Ti-gehalte neemt de hardheid van de coating toe, tot 531 HV0.1. Na de nitreerbehandeling neemt de hardheid van de coating aanzienlijk toe, en de hoogste is 1258 HV0.1. De wrijvingscoëfficiënt, breedte en diepte van de slijtagesporen en het slijtagevolume van 304SS zijn veel kleiner dan die van de niet-nitrerende coating en de nitreerbehandeling. Het slijtagemechanisme verandert van lijmslijtage in schurende slijtage en de slijtvastheid is aanzienlijk verbeterd.
3) De corrosiestroomdichtheid (Icorr) van de nitrerende coating is veel lager dan die van de niet-nitrerende coating en 304SS na nitreren, en er treedt geen putjesverschijnsel op. Onder hen heeft S1-N een betere corrosieweerstand in een NaCl-oplossing van 3,5 massa%. De resultaten van de immersiecorrosietest laten zien dat er na het nitreren slechts lichte corrosiesporen op het oppervlak van de coating aanwezig zijn en dat de corrosieweerstand is verbeterd.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. is een hightech onderneming gespecialiseerd in R&D, productie en verkoop van automatische lasercladmachines, hogesnelheidslasercladmachines, laserblusmachines, laserlasmachines en laser 3D-printapparatuur. Onze producten zijn kosteneffectief en worden in binnen- en buitenland verkocht. Als u geïnteresseerd bent in onze producten, neem dan contact met ons op via bob@gshenglaser.com.