300M钢激光熔覆316L不锈钢修复层组织及性能研究

通过对300M钢表面激光熔覆316L不锈钢修复的实验研究,探究激光熔覆修复层的组织及性能,本文在前期实验的基础上,选用316L不锈钢粉末作为熔覆材料,开展变功率激光熔覆对比实验研究。采用金相分析、EDS分析、XRD分析、电化学分析的方法,研究了不同激光功率对熔覆层宏/微观组织、显微硬度和耐蚀性能的影响。结果表明:当激光功率为1.5 kW时,在300M钢基体上熔覆得到质量最优的316L不锈钢熔覆层;熔覆层与基体呈冶金结合,底部为平面晶组织,中下部是胞状晶/柱状晶,中上部是树枝晶/等轴晶,表层主要是等轴晶组织;激光功率为1.5 kW时,熔覆层硬度为基体硬度的2.5~3倍,更加适合具有摩擦及冲击的实际工况,且熔覆层腐蚀电位最低,为-462.65 mV,自腐蚀电流最小,为3.63×10^(-3) mA,因而其耐蚀性能最好;不同激光功率熔覆层的阻抗大小排序为:1.5 kW>2.0 kW>1.0 kW。

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm^2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数。方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成及硬度分布。结果在不同激光扫描速度下,熔覆层表面呈不同程度黄色,微观组织均具有“上下细密、中间粗大”特征,其主要由针状α′马氏体、马氏体核心、α相集束、残余β相以及以TiC为代表的MC碳化物构成,Zr元素富集在基体与熔覆区的结合区;随着扫描速度的增加,Zr元素分布愈发不均匀,熔覆区内马氏体混乱、破碎程度加剧,显微硬度先增后减,7 mm/s时熔覆层与基体结合良好,硬度水平达到峰值600 HV,达TC4基体的2.5倍,熔覆质量最佳。结论:优化激光扫描速度,可以显著提升熔覆层的质量与综合性能;熔材中Zr元素以ZrO_(2)、ZrC以及固溶形式存在于熔覆区;马氏体间错位滑移阻力、TiC等增强相以及Zr元素固溶强化作用使显微硬度得以提升。

TC4激光熔覆Gd元素YSZ热障涂层微观特性研究

通过在钛合金表面引入稀土氧化物改性“7YSZ”即7 wt%氧化钇稳定的氧化锆涂层,提升传统热障涂层的综合性能。采用预制法并应用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了不同Gd2O3添加量的Gd-YSZ涂层,通过光学显微镜、扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征涂层的宏观形貌、显微形貌、元素分布及相结构、硬度分布。引入的Gd以富稀土第二相Al3Gd及氧化物形式存在,并少量固溶于ZrO2和α-Ti晶格引发其晶格畸变而提升材料隔热性能,稀土Gd会抑制有害相TiOx而促进增强相TiC析出并优化其分布,并通过细化晶粒及优化TiC生长来提升组织显微硬度,Gd引入量增至10 wt%时这种优化作用被显著削弱。在7YSZ熔覆材料体系中掺杂Gd2O3能够显著提升材料综合性能,其添加量为影响性能的关键因素,不应超过10 wt%,否则会粗化晶粒,使Gd偏析、富集在晶界处,恶化材料性能。

蠕墨铸铁中性盐雾腐蚀行为及机理研究

目的揭示蠕墨铸铁的大气腐蚀行为,阐明其腐蚀规律及腐蚀机理。方法采用室内加速中性盐雾腐蚀实验,并用失重法、SEM\EDS、XRD、电化学的方法来表征实验现象。结果蠕墨铸铁在中性盐雾环境中锈层截面具有明显的分层现象,前期腐蚀速率为0.53 mg/(cm^2·h),后期腐蚀速率在波动中总体趋于稳定,为0.36 mg/(cm^2·h)。蠕墨铸铁带锈试样的自腐蚀电位(Ecorr)在-680^-600 mV之间先减小后增大,极化电阻(Rp)变化趋势与自腐蚀电位(Ecorr)一致,自腐蚀电流(Icorr)大小在整个腐蚀周期内具有明显的波动。蠕墨铸铁在中性盐雾环境中的腐蚀产物为Fe(OH)3、Fe2O3、FeOOH及少量Fe3O4和金属碳化物Fe2C。结论蠕墨铸铁在中性盐雾环境中腐蚀84 h后发展为全面腐蚀,形貌呈沟壑状,腐蚀产物微观形貌呈团簇状和片层状。腐蚀早期,基体表面发生电化学腐蚀形成一层氧化膜,腐蚀介质沿石墨侵蚀基体从而产生内应力,导致外部锈层断裂,同时蠕虫状石墨处腐蚀产物呈疏松团簇状,二者共同构成介质传质通道,使腐蚀更容易发展。

冷喷涂Ta涂层组织及腐蚀性能

利用冷喷涂技术在316L不锈钢表面制备Ta涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的相结构和微观组织进行了分析,通过显微硬度计和万能力学试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用电化学试验机测试了涂层和不锈钢基体的腐蚀性能。结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.5%;涂层与基体结合良好,结合强度为60 MPa;涂层平均显微硬度为256 HV0.3;Ta涂层的自腐蚀电位(-0.25V)略低于316L不锈钢块体(-0.13 V),自腐蚀电流密度(2.16×10^(-7)A/cm^(2))比316L不锈钢(4.83×10^(-7)A/cm^(2))降低了一倍,钝化电位及钝化电流分别为-0.06 V和1.05×10^(-4)A/cm^(2),具有很宽的钝化区,能够有效保护316L基体。

300M超高强钢在中性盐雾环境中的腐蚀行为及机制

为了研究300M超高强钢在中性盐雾环境中的腐蚀行为及腐蚀机制,采用失重法,宏观、微观腐蚀形貌分析,三维表面轮廓分析及电化学分析的研究方法,来表征腐蚀实验现象并进行分析。结果表明:300M超高强钢在中性盐雾环境中的腐蚀产物为FeOOH、Fe2O3、Fe(OH)3和Fe3O4;腐蚀速率随着腐蚀时间逐渐降低,腐蚀后期(72 h)腐蚀速率降低50%;腐蚀初期以点蚀为主,点蚀坑通过横向扩展,逐渐发展为后期的均匀腐蚀,腐蚀表面形貌呈沟壑状;外腐蚀层对基体的保护能力很弱,Cr元素在锈层靠近基体的一侧偏聚使内腐蚀层具有一定的抗腐蚀性。

基于三维格子Boltzmann铝点蚀动态数值模拟

铝作为目前最经济且应用最为广泛的材料之一,具有重量轻、耐腐蚀、导热性好、导电性好等优点。然而,金属铝在氯离子环境中容易发生点蚀。根据中性溶液中铝表面点蚀反应机理,结合液体流动和相变特性,建立了三维格子Boltzmann铝点蚀模型,研究了中性溶液中铝表面的点蚀现象,弥补了传统实验方法的不足。采用建立的腐蚀模型对整个铝点蚀过程进行了模拟,得到了不同组分的浓度分布以及不同参数与腐蚀程度的关系。结果表明:铝的腐蚀程度随接触时间的增加而增加。随着初始氯离子浓度的增加和腐蚀反应速率的增大,铝被腐蚀得更严重。三维格子Boltzmann铝点蚀模型为金属腐蚀数值研究提供了新的思路。

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明:随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30s;扫描速度2000mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。