锅炉管表面NiCrSiB合金高频感应熔覆的数值模拟及熔覆层的性能

目前,管材表面的高频感应熔覆主要集中于试验方面,缺乏理论研究。对锅炉管壁在不同熔覆电流下高频感应熔覆NiCrSiB层的温度场进行了数值模拟,基于感应加热原理进行了有限元分析,并加以试验验证。采用金相显微镜、扫描电镜以及能谱仪对熔覆层的显微组织与成分进行了分析;采用硬度计及王水腐蚀分别测试了熔覆层的硬度及耐蚀性能。结果表明:在250 kHz时,熔覆电流越大,感应加热效率越高,感应加热结束时管内外壁的温差越大,管基体受到的热损伤越小;基体中的Mo元素向熔覆层扩散,熔覆层中的Si元素向基体渗透,过渡区Ni,Cr元素的含量相对熔覆层中的明显减少;熔覆频率为250 kHz,熔覆电流取830 A时,熔覆层和基体过渡区有明显锯齿状的白亮带产生,基体和熔覆层呈冶金结合,熔覆层金相组织为奥氏体+碳化物共晶,具有良好的耐蚀性能,平均硬度为323 HV,是基体的1.79倍。

Cr_(3)C_(2)/WC的添加对Stellite 12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

目的 提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析。结果添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr_(3)C_(2)的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm^(3)降至0.33 mm^(3),下降了28%,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由-0.385 V增加到-0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10^(-10)A/cm^(2)降至1.496×10^(-10)A/cm^(2),极化电阻由3.982×10^(7)Ω·cm^(2)提升至2.424×10^(8)Ω·cm^(2),提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm3降至0.19 mm^(3),下降了43%,但耐腐蚀性有所降低。3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。结论WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr_(3)C_(2)后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低。

激光熔覆层在生物质电站环境下的高温腐蚀行为研究

与煤炭、天然气等燃料相比,生物质发热值低,含有更多种类且浓度更高的腐蚀性介质,燃烧后产生大量含氯、硫腐蚀气氛及其金属熔盐,导致生物质焚烧余热锅炉受热面高温腐蚀问题严重。现有在管材表面堆焊镍基耐腐蚀合金的技术尽管可显著提高管道服役寿命,但存在工作效率低、不适合现场施工、管道热变形等诸多问题。对此,采用常规激光熔覆、高速激光熔覆2种工艺在TP347H耐热钢表面制备了Inconel 625耐高温腐蚀涂层,对比研究了TP347H耐热钢熔覆Inconel 625合金涂层前后的长期高温腐蚀特性。采用扫描电镜(SEM)表征了制备态和500 h高温含氯腐蚀后的覆层显微组织;采用增重法定量评价了覆层前后TP347H耐热钢的耐腐蚀性能。结果表明:优化工艺参数条件下常规激光熔覆、高速激光熔覆制备覆层组织致密,2种覆层与基材结合强度分别为362.4 MPa和217.3 MPa,覆层稀释率分别为5.4%和0.9%。腐蚀增重结果表明,550℃模拟腐蚀条件下,激光熔覆、高速激光熔覆Inconel 625合金覆层的腐蚀速率分别约为TP347H耐热钢基材的17%和8%。650℃模拟腐蚀条件下,激光熔覆、高速激光熔覆Inconel 625合金覆层的腐蚀速率分别约为TP347H耐热钢基材的11%和7%。

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

高速激光熔覆FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层组织及耐磨性研究

采用高速激光熔覆技术在201不锈钢表面制备了FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层,研究了FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层显微组织、相分布、显微硬度及干滑动磨损性能。结果表明,FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层由单一的FCC固溶体组成,熔覆层未产生明显裂纹等缺陷,并与基体形成了良好的冶金结合。FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层的显微硬度(439±2.1)HV,约为201不锈钢基体显微硬度的2倍。涂层的强化机制主要为细晶强化和固溶强化。高速激光熔覆技术制备的FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层具有良好的耐磨性,平均摩擦因数为0.246,比磨损率2.59×10^(-6)mm^(3)/(N·m),磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损,其耐磨性明显优于201不锈钢基体。采用高速激光熔覆技术制备的FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层可显著提升机床部件的表面硬度、耐磨损性能和服役寿命。

碳化钨对Fe基合金激光熔覆层性能的影响

采用向Fe基合金粉末中加入一定比例碳化钨硬质颗粒的方法,分别对熔覆层的硬度、摩擦系数以及磨痕的磨损形貌进行分析,探索碳化钨对Fe基合金熔覆层使用性能的影响。结果表明,基体的硬度为302 HV,Fe基合金熔覆层的平均硬度为500 HV,而加入5%、10%、15%碳化钨硬质颗粒的Fe基梯度复合熔覆层的平均硬度分别为662、771、806 HV;Fe基合金熔覆层比基体具有更好的耐磨性,随着Fe基合金粉末中添加碳化钨硬质颗粒的比例逐渐增大,熔覆层与对磨副之间的摩擦系数逐渐减小,磨损量逐渐减小,当碳化钨硬质颗粒的比例达到15%时,由于熔覆层内有较多未熔的碳化钨硬质颗粒,反而磨损量增大,犁沟现象严重。

激光功率对铁基合金熔覆层组织及性能的影响

选取5种不同的激光功率(1000、1200、1400、1600和1800 W)在Q235碳素钢表面制备铁基合金熔覆层,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、显微维氏硬度计和往复摩擦磨损试验机等研究了熔覆层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层组织由枝晶内马氏体、枝晶间铁素体与部分残留奥氏体构成。随着激光功率的增加,熔覆层的厚度与稀释率增加,二次枝晶界面逐渐大量溶解,残留奥氏体量不断降低。当激光功率为1200 W时,熔覆层的平均硬度最高,为606.4 HV0.5,是基材硬度的3.6倍,磨损体积与磨损率最小,表现出良好的耐磨性能。熔覆层磨损机制是磨粒磨损与黏着磨损。

Ni/c-BN对激光熔覆316L不锈钢熔覆层组织与耐蚀性的影响

采用激光熔覆技术在马氏体不锈钢(ZG06Cr13Ni4Mo)表面制备了Ni/c-BN增强316L不锈钢复合熔覆层。通过XRD、SEM、EDS、电化学试验和冲蚀试验分析了不同Ni/c-BN含量对熔覆层的显微组织和和耐蚀性影响。结果表明,复合熔覆层的物相由FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)固溶体组成,随着Ni/c-BN添加量的增加,其顶部组织的等轴晶数量减少,胞状树枝晶的数量增多。复合熔覆层的耐蚀性随Ni/c-BN添加量的增加呈先升高后降低的趋势,当Ni/c-BN添加量为5wt.%时,熔覆层的耐蚀性最好。过量的Ni/c-BN使得熔覆层表面存在气孔,且导致熔覆层内部存在少量大尺寸残留c-BN,降低了熔覆层的耐腐蚀性和耐冲蚀性。

等离子熔覆硼化物覆层的耐蚀性

采用等离子熔覆技术将自制的Mo-Fe-B-Cr药芯焊丝熔覆在316L不锈钢表面制备了硼化物覆层,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计对硼化物覆层的组织、成分、物相和显微硬度进行分析,并通过电化学试验和中性盐雾试验对覆层的耐蚀性进行研究。结果表明:硼化物覆层主要由MO_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)3B_(2)、α-Fe和Fe_(23)(C,B)6组成,其显微硬度约为不锈钢基体的3.9倍;在中性环境中硼化物覆层的耐蚀性略低于316L不锈钢,而在酸性环境中硼化物覆层的耐蚀性要优于316L不锈钢;在中性盐雾腐蚀过程中,硼化物覆层表面会生成致密性良好的钝化膜,从而使覆层具备良好的耐蚀性。因此,硼化物覆层在拥有高硬度的同时还兼具良好的耐蚀性。

激光增材制备Ti-6Al-4V/TiC金属陶瓷熔覆层组织与性能强化

Ti-6Al-4V合金因具有良好的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及可焊性,在航空航天以及化工装备制造领域具有广泛应用,但其硬度以及耐磨性不高等性能短板,一定程度上限制了其摩擦磨损工况下的服役寿命。本研究基于激光熔覆优化工艺方法,增材制备具有TiC添加相的Ti-6Al-4V合金同质金属陶瓷熔覆层,表征并验证TiC增强相对熔覆层组织以及基本力学性能的强化作用。结果表明:熔覆层主要物相包括α-Ti,β-Ti以及TiC,其中TiC在熔覆层内过饱和析出,且受熔覆层不同位置过冷度差异影响,析出的TiC在熔覆层顶部以细小的颗粒状为主,而在熔覆层中部则主要呈树枝及花瓣状析出,熔覆层底部新增了麦穗状的析出形状,而稀释区则未见明显TiC析出。熔覆层平均显微硬度为530HV0.5,较基体提升了61%;在35 N载荷下,熔覆层平均摩擦因数为0.3583,较基体降低了11%,体积磨损率约为基材的87%,磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损。

激光熔覆铁基复合熔覆层的裂纹形成机理

激光熔覆是绿色再制造重点发展的工业技术。用高能密度的二氧化碳(CO_(2))激光束,在工件表面进行激光熔覆改性处理,形成成分和性能完全不同于母材的铁基复合熔覆层。激光熔覆层组织由马氏体α-Fe和细小弥散分布的碳氮化钛Ti(C,N)陶瓷颗粒组成。若激光熔覆工艺不当,会形成纵向或横向裂纹。熔合线附近的气孔和微空洞是复合熔覆层开裂的裂纹源,裂纹最初起裂于熔覆层与母材交界处,裂纹扩展为沿晶或穿晶断裂,属于脆性断裂。

合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响

为改善高强钢的表面性能,利用电弧熔覆技术在X80钢表面制备了两种添加不同合金的铜基熔覆层,分别为Cu-Ni-Fe-Nb-W和Cu-Ni-Fe-Ti。采用OM、SEM、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及电化学工作站等仪器设备研究了Nb-W、Ti等合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响。结果表明,两组Cu-Ni基熔覆层的显微组织由底部到顶部均为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶,Nb-W和Ti均有细化Cu-Ni熔覆层组织的作用。Cu-Ni-FeNb-W熔覆层的平均硬度值为161.9 HV0.1,Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的平均硬度值为176.4 HV0.1,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的摩擦系数和磨损量均低于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层,表明添加Nb-W和Ti能够提升熔覆层的力学性能,且添加Ti元素的效果要优于Nb-W元素。电化学测试表明,添加合金元素的Cu-Ni基熔覆层的耐蚀性要明显优于X80钢的耐蚀性,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的耐蚀性优于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层。

煤矿环境下激光熔覆层失效分析

针对煤矿环境下油缸激光熔覆层腐蚀失效问题,分析井下用水、煤粉浸泡液水、煤质等矿井环境,用金相显微镜研究熔覆层的微观组织,使用SEM图像、EDS能谱、XPS等手段研究熔覆层腐蚀状态及化学元素,探讨了熔覆层在煤矿环境下的腐蚀机理。结果显示,熔覆层和基体冶金结合良好,内部未发现缺陷;组织呈树枝状结晶和椭圆、颗粒形状分布,越靠近基体,枝晶越细小;腐蚀坑深度50~150μm,可达熔覆层厚度的1/4,大小深浅不一;熔覆层化学成分均匀,元素含量满足设计要求,不存在明显的元素偏析;EDS能谱、XPS等测试结果显示腐蚀从熔覆层枝晶间的贫铬区开始,S、Cl等元素参与了腐蚀过程;含有S、Cl等腐蚀介质的煤粉与熔覆层间的点蚀、接触腐蚀等导致熔覆层失效。研究为煤矿环境下油缸的表面处理工艺设计提供了参考。

不同工艺参数MIG焊Inconel 625熔覆层微观组织研究

为了提高Q345钢的使用性能,采用商用Inconel 625实心焊丝以MIG沉积方法制备了镍基熔覆层,随后进行了OM、SEM、EDS、XRD分析和显微硬度测试试验,研究了熔覆层的微观组织、元素分布、不同焊接电流的稀释率、物相组成和表面硬度等。结果表明,采用MIG沉积方法制备的镍基熔覆层与基体结合良好,熔覆层无明显的宏观缺陷;熔覆层从顶部到底部依次产生等轴晶、柱状晶和胞状晶;熔覆层主要由单一的面心立方(fcc)结构γ-Ni固溶体相组成,由于熔覆层存在微观偏析,晶间Nb、Mo等元素浓度较高;随着焊接电流的增大,熔覆层稀释率逐渐变大,熔覆层底部柱状晶受热长大,平均硬度及沿熔覆层截面深度方向硬度均逐渐下降。

激光熔覆工艺参数对Fe-W-B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆Fe-W-B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800 W,扫描速度3 mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50%。此时熔覆层的维氏硬度均值为757.9 HV,是基材的3.5倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。

氧化物陶瓷颗粒对铜基熔覆层组织演变及性能的影响

为了提高铜基熔覆层的硬度以及耐磨性能,向药芯焊丝中添加不同成分比例的氧化物陶瓷颗粒并采用TIG熔覆方法制备了Cu基熔覆层,利用OM、SEM、EDS、XRD和显微硬度测试等方法,研究了不同成分比例的氧化物陶瓷颗粒对铜基熔覆层的组织及性能的影响。研究发现,随着Al_(2)O_(3)/TiO_(2)的降低,合金液的流动性有所提高,从而释放了部分的残余应力,并且Cu (311)逐渐转变为Cu (200)峰,促进了铜基熔覆层顶部的晶粒细化,同时向铜侧扩散的铁数量逐渐减少,界面处的树枝晶也产生了明显细化,并且三种熔覆层界面处硬度过渡平缓,熔覆顶部的硬度随着TiO_(2)的增加逐渐升高;在3#熔覆层顶部出现了Al13Fe4金属间化合物,提高熔覆层的表面性能;磨擦磨损结果中磨损量随着TiO_(2)的增加,磨损量也逐渐降低,但明显细化晶粒的3#熔覆层摩擦系数保持稳定,有较少的犁沟效应。

耐磨耐蚀Fe基激光熔覆层的组织和性能研究

目的采用同步送粉激光熔覆技术制备兼具耐磨与耐蚀性能的Fe基熔覆层,获取熔覆层的物相组织、硬度与耐蚀性,并研究热处理对熔覆层性能的影响。方法采用Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末,在304不锈钢基体上制备Fe基耐磨耐蚀熔覆层,并模拟淬火加高温回火的热处理工艺,进行熔覆层热处理试验。采用XRD、SEM表征熔覆层的物相组成和微观组织,采用显微硬度计测试熔覆层的硬度,通过极化曲线和阻抗谱对熔覆层的电化学腐蚀性能进行测试。结果所制备的激光熔覆层同基体具有良好的冶金结合,熔覆层物相包含奥氏体γ相、马氏体α'相和Cr23(C,B)6相。熔覆层的微观组织为亚共晶结构,由尺寸细小的树枝晶和枝晶间层片状共晶组织构成,热处理后还形成了大量微纳尺度的析出相。激光熔覆层的硬度相对于基体硬度提高了2.5~2.7倍,热处理后试样最高硬度达521.4HV。激光熔覆层的自腐蚀电位为−0.428 V,腐蚀电流密度为1.41×10^(−5) A/cm^(2),热处理后的熔覆层自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,阻抗值明显减小,耐蚀性降低。结论利用激光熔覆Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末可制备致密、无缺陷的Fe基熔覆层,细晶强化以及大量硬质共晶组织的存在使熔覆层的硬度得到显著提升。高Cr、Ni含量保证了熔覆层具有良好的耐蚀能力,淬火加高温回火的热处理工艺使熔覆层的硬度提升,但耐蚀能力有一定程度的下降。该Fe基熔覆层在耐磨耐蚀涂层技术领域具有较好的应用前景。

颗粒增强铁基复合材料熔覆层耐磨性研究进展

陶瓷颗粒增强铁基复合材料既具有铁基体的良好强度和冲击韧性,又具有陶瓷颗粒高硬度与高耐磨性等优点,在提高材料耐磨性方面具有广阔的应用前景,已成为近年来国内外的研究热点之一。结合现有国内外文献的研究结果,首先从铁基体和陶瓷颗粒的选择方面介绍了陶瓷颗粒增强铁基复合材料熔覆层的成分设计;其次详细介绍了焊条电弧堆焊、气体保护电弧堆焊、等离子弧堆焊、埋弧堆焊和激光熔覆技术等铁基复合材料熔覆层的制备方法;再次从陶瓷颗粒类型、数量、大小和形态以及与铁基体的匹配状况等方面进行分析,探讨了不同陶瓷颗粒对铁基复合材料熔覆层显微组织、硬度及耐磨性的影响;最后对陶瓷颗粒增强铁基复合材料熔覆层的未来发展趋势进行了展望。

汽车用不锈钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金熔覆层微观组织及耐蚀性研究

为提升车用304不锈钢的表面硬度及耐蚀性,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了CoCrNi中熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的相组成、元素分布及耐蚀性能。结果表明,CoCrNi中熵合金熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;熔覆层由单一FCC相组成,组织为枝晶、枝晶间结构,各元素在熔覆层中均匀分布,无明显偏析现象,Cr元素的均匀分布对提升涂层耐蚀性具有积极作用;CoCrNi中熵合金熔覆层的极化电阻(101.65 kΩ)高于304基体的极化电阻(90.56 kΩ),耐蚀性明显高于304基体。

Ni-Fe-Cr-C-B合金粉末激光熔覆层的组织及性能

利用雾化法制备了合金含量不同的Ni-Fe-Cr-C-B球形粉末,用激光熔覆技术在45基材上制备了熔覆层,并通过X射线衍射、扫描电镜、磨损实验及电化学方法研究了熔覆层的微观组织结构及耐磨和耐蚀性。研究结果表明,所有熔覆层的工艺性很好,没有出现裂纹等缺陷。随着镍含量的增加,熔覆层基体转变为以奥氏体为主的组织,冶金反应形成的析出相分布在晶界上。随着硼元素的增加,析出相尺寸趋于细化,且明显增强了耐磨性和耐蚀性。