在石油、化工、冶金等行業(yè)中,多數(shù)機械零部件的工作條件十分惡劣,對所使用材料提出了更高的要求。在實際工況中,磨損、腐蝕、氧化等行為往往發(fā)源于運動副的接觸表面,利用*的表面工程技術(shù)在機械零部件表面制備具有優(yōu)良耐磨、耐蝕且抗氧化性能的涂層是解決基材固有性能缺點、靈活和有效的方法之一。在探索和研究新型合金涂層的過程中,采用混合元素法進行激光熔覆,使得合金涂層的成分設計更加柔性化。本文采用鎳基固溶體增韌的思想,以Ni、Si、Mo、Cr元素粉末為原料設計合金成分,用同步送粉法和預置法制備了激光熔覆y-Ni/Mo2Ni3Si合金涂層。利用OM、SEM、EDS、XRD等方法分析合金涂層的顯微組織及物相組成；采用顯微硬度計測量涂層硬度、評價涂層韌性；將涂層在不同實驗條件下進行耐磨、耐腐蝕及抗高溫氧化性能測試,并分析相關(guān)機理。研究結(jié)內(nèi)容主要包括以下方面：(1)對同步送粉法粉末的輸送特性進行理論分析及試驗研究,理論分析載氣流量和粒徑大小對粉末輸送特性的影響,試驗測定粉末的出口速度及粉末在基材熔池的概率分布,并探討送粉電壓的影響。(2)探討所形成激光熔覆涂層的厚度和寬度隨激光功率和掃描速度的變化規(guī)律,在優(yōu)選工藝參數(shù)下進行激光熔覆,結(jié)合粉末在基材熔池的概率分布,提出“概率法”修正合金涂層的混粉配比,設計試樣編號為N60合金的成分(wt.%)為：mNi=56.3%、mMo=36.6%、mSi=7.1%。能譜分析證實,修正后的N60合金涂層,提高了Si元素的含量,減少了與理論成分的偏離。(3)采用4%PVA溶液預置粉末,不同成分配比的合金涂層均由y-Ni及Mo2Ni3Si組成,隨著涂層中Ni元素含量由65%降到50%,Mo2Ni3Si增強相的含量從31.7%增至70.3%,涂層的平均顯微硬度也隨之升高。對于N50-Cr涂層,Cr元素的加入主要作為固溶元素存在,涂層顯微硬度達660.6 HV。(4)激光熔覆Mo2Ni3Si合金涂層的耐磨性能相比基材有了大幅提升,磨損失重量隨著Mo2Ni3Si體積分數(shù)的增加而降低。由于合金涂層平均硬度較高且具有良好的強韌性配合,表面劃痕較淺,以顯微切削為主。試驗載荷及相對滑動速度的增加,對合金涂層磨損量影響較小。(5)以0Cr18Ni9Ti不銹鋼為對比標樣,對激光熔覆γy-Ni/Mo2Ni3Si合金涂層在3.5 wt.% NaCl溶液、0.5 mol/L H2SO4、1 mol/L HaOH溶液中進行電化學腐蝕及浸泡腐蝕試驗,合金涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性能。(6)在973 K溫度下進行恒溫氧化120 h,所測涂層的抗氧化能力依次為：N60<N55<N50,氧化膜主要由NiO、MoO3、Fe2SiO4組成。合金涂層在773 K溫度下基本不發(fā)生氧化,在1173K進行恒溫氧化時,N50-Cr試樣抗氧化性能,表面氧化膜更加致密,主要由具有尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCr2O4組成。上述研究為固溶體增韌三元硅化物合金在表面工程上的應用提供了基礎。
半個世紀以來,以γ″和γ相強化的Ni-Fe基高溫合金Inconel 718（GH4169）由于其優(yōu)異的力學和工藝性能,在650℃以下的高溫環(huán)境中得到了廣泛的應用.本文采用熱力學計算以及合金設計理論與大量的力學性能相結(jié)合,不僅在常規(guī)熱處理并且在高溫*時效狀態(tài)下來研究主要強化元素Nb.Ti,Al和雜質(zhì)元素P,S以及微合金化元素Mg的作用.采用金相,SEM,TEM,EDS,SAED以及電解萃取和相化學分析等綜合分析方法,對各類析出相γ″,γ,δ,δ″,σ和α-Cr進行定性的分析,同時亦采用Auger能譜儀分析晶界元素的偏聚行為.研究結(jié)果表明,為提高GH4169原型合金的性能,主要強化元素Nb應控制在高限（5.4%—5.5%）,降低S到10×10-6以下,提高P至150×10-6以下,并添加適量的Mg.為提高GH4169合金的使用溫度到680℃甚至更高,必須通過合金化的途徑來提高主要強化相γ″/γ的zui高穩(wěn)定溫度和控制晶界析出相.為此,680℃或更高一點溫度使用的改進型GH4169合金中Nb仍應控制在高限（5.4%—5.5%）,S控制到10×10-6以下,P提高到150×10-6,配合適量的Mg微合金化,同時要提高Al含量至1.0%—1.5%,Ti含量不變?nèi)钥刂圃?%左右,改進型GH4169合金不僅在650℃以上顯示出優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性,并且亦提高了高溫力學性能。
