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无锡国劲合金有限公司
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阅读：138发布时间：2017-2-10
在石油、化工、冶金等行业中,多数机械零部件的工作条件十分恶劣,对所使用材料提出了更高的要求。在实际工况中,磨损、腐蚀、氧化等行为往往发源于运动副的接触表面,利用*的表面工程技术在机械零部件表面制备具有优良耐磨、耐蚀且抗氧化性能的涂层是解决基材固有性能缺点、灵活和有效的方法之一。在探索和研究新型合金涂层的过程中,采用混合元素法进行激光熔覆,使得合金涂层的成分设计更加柔性化。本文采用镍基固溶体增韧的思想,以Ni、Si、Mo、Cr元素粉末为原料设计合金成分,用同步送粉法和预置法制备了激光熔覆y-Ni/Mo2Ni3Si合金涂层。利用OM、SEM、EDS、XRD等方法分析合金涂层的显微组织及物相组成；采用显微硬度计测量涂层硬度、评价涂层韧性；将涂层在不同实验条件下进行耐磨、耐腐蚀及抗高温氧化性能测试,并分析相关机理。研究结内容主要包括以下方面：(1)对同步送粉法粉末的输送特性进行理论分析及试验研究,理论分析载气流量和粒径大小对粉末输送特性的影响,试验测定粉末的出口速度及粉末在基材熔池的概率分布,并探讨送粉电压的影响。(2)探讨所形成激光熔覆涂层的厚度和宽度随激光功率和扫描速度的变化规律,在优选工艺参数下进行激光熔覆,结合粉末在基材熔池的概率分布,提出“概率法”修正合金涂层的混粉配比,设计试样编号为N60合金的成分(wt.%)为：mNi=56.3%、mMo=36.6%、mSi=7.1%。能谱分析证实,修正后的N60合金涂层,提高了Si元素的含量,减少了与理论成分的偏离。(3)采用4%PVA溶液预置粉末,不同成分配比的合金涂层均由y-Ni及Mo2Ni3Si组成,随着涂层中Ni元素含量由65%降到50%,Mo2Ni3Si增强相的含量从31.7%增至70.3%,涂层的平均显微硬度也随之升高。对于N50-Cr涂层,Cr元素的加入主要作为固溶元素存在,涂层显微硬度达660.6 HV。(4)激光熔覆Mo2Ni3Si合金涂层的耐磨性能相比基材有了大幅提升,磨损失重量随着Mo2Ni3Si体积分数的增加而降低。由于合金涂层平均硬度较高且具有良好的强韧性配合,表面划痕较浅,以显微切削为主。试验载荷及相对滑动速度的增加,对合金涂层磨损量影响较小。(5)以0Cr18Ni9Ti不锈钢为对比标样,对激光熔覆γy-Ni/Mo2Ni3Si合金涂层在3.5 wt.% NaCl溶液、0.5 mol/L H2SO4、1 mol/L HaOH溶液中进行电化学腐蚀及浸泡腐蚀试验,合金涂层表现出优异的耐蚀性能。(6)在973 K温度下进行恒温氧化120 h,所测涂层的抗氧化能力依次为：N60<N55<N50,氧化膜主要由NiO、MoO3、Fe2SiO4组成。合金涂层在773 K温度下基本不发生氧化,在1173K进行恒温氧化时,N50-Cr试样抗氧化性能,表面氧化膜更加致密,主要由具有尖晶石结构的NiCr2O4组成。上述研究为固溶体增韧三元硅化物合金在表面工程上的应用提供了基础。
半个世纪以来,以γ″和γ相强化的Ni-Fe基高温合金Inconel 718（GH4169）由于其优异的力学和工艺性能,在650℃以下的高温环境中得到了广泛的应用.本文采用热力学计算以及合金设计理论与大量的力学性能相结合,不仅在常规热处理并且在高温*时效状态下来研究主要强化元素Nb.Ti,Al和杂质元素P,S以及微合金化元素Mg的作用.采用金相,SEM,TEM,EDS,SAED以及电解萃取和相化学分析等综合分析方法,对各类析出相γ″,γ,δ,δ″,σ和α-Cr进行定性的分析,同时亦采用Auger能谱仪分析晶界元素的偏聚行为.研究结果表明,为提高GH4169原型合金的性能,主要强化元素Nb应控制在高限（5.4%—5.5%）,降低S到10×10-6以下,提高P至150×10-6以下,并添加适量的Mg.为提高GH4169合金的使用温度到680℃甚至更高,必须通过合金化的途径来提高主要强化相γ″/γ的zui高稳定温度和控制晶界析出相.为此,680℃或更高一点温度使用的改进型GH4169合金中Nb仍应控制在高限（5.4%—5.5%）,S控制到10×10-6以下,P提高到150×10-6,配合适量的Mg微合金化,同时要提高Al含量至1.0%—1.5%,Ti含量不变仍控制在1%左右,改进型GH4169合金不仅在650℃以上显示出优良的高温组织稳定性,并且亦提高了高温力学性能。
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