Ni-Cr-Mo合金熔覆层的制备及其特性研究

作     者：彭波 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宗德

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光熔覆 Ni-Cr-Mo合金涂层 海水腐蚀 海生物污损 

摘      要：激光熔覆技术在耐磨损、耐腐蚀涂层的制备方面发挥着重要作用,在民用和国防领域中具有广阔的应用前景。为了提高海洋环境下金属部件的耐蚀性,延长其使用寿命,本文利用高功率半导体激光熔覆技术在Q235钢表面制备了四种不同速度参数(20 mm·s-1,30 mm·s-1,40 mm·s-1 和 50 mm·s-l)的 Ni-Cr-Mo 合金熔覆层,同时利用40 mm·s-1熔覆速度制备了两种不同铜含量(5%和10%,wt.%)的Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了熔覆层的物相组成和显微组织结构;利用显微维氏硬度计测试了熔覆层的显微硬度;利用电化学测试技术检测了熔覆层在模拟海水中的腐蚀特性。此外,对Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层在模拟海水溶液中铜离子渗出率进行测定和计算,对其防海生物污损性能进行了初步评价。四种Ni-Cr-Mo合金熔覆层与基体形成良好的冶金结合,主要物相为Cr、Mo、Fe、W与Ni形成的镍基固溶体,高熔覆速度(40mm·s-1、50mm·s-1)制备的样品中含有少量的Mo6Ni6C。Ni-Cr-Mo合金熔覆层微观组织中晶界存在富Mo现象,随着熔覆速度的增大,熔覆层晶粒尺寸减小,晶界的比例和尺寸增大。样品侵蚀过程中,晶粒由晶界边缘开始逐渐向晶粒内部腐蚀,晶界得以保留。四种Ni-Cr-Mo合金熔覆层样品的显微维氏硬度是300HV-325HV,约为基体Q235钢的2倍。随着熔覆速度的增加,Ni-Cr-Mo合金熔覆层的显微硬度呈上升趋势。在3.5%NaC1溶液中,四种Ni-Cr-Mo合金熔覆层的耐蚀性能相差不大,都远优于Q235钢,其中以40 mm·s-1熔覆速度制备的Ni-Cr-Mo合金熔覆层的耐蚀性最佳。两种Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层中Cr、Mo、Cu、Fe等与Ni形成镍基固溶体,晶界也存在富Mo现象。随着铜元素含量的增大,晶界的尺寸和比例逐渐减小,说明铜元素的加入可以促进Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层中微观组织均匀化。由于铜元素在高温下易氧化,C10样品中缺陷(氧化物颗粒或孔洞)数量较多。相同制备工艺条件下,两种Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层的显微硬度略高于Ni-Cr-Mo合金熔覆层,耐蚀性略低于Ni-Cr-Mo合金熔覆层,且C10的耐蚀性略优于C5,这可能与熔覆层表面钝化膜的组成、表面组织均匀化程度以及缺陷的影响等有关。铜元素的加入有利于形成纯Cu(或Cu的氧化物)与Mo的氧化物复合钝化膜,且铜元素可以改善熔覆层中组织均匀性,有利于提高材料的耐蚀性,但表面存在孔洞、氧化物颗粒等缺陷可能降低材料的耐蚀性，且Cu的加入可能促进富Mo的μ相生成,附近贫Mo区的产生会导致耐蚀性下降。由于Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层中铜元素含量较低,两种Ni-Cr-Mo-Cu合金熔覆层的铜离子渗出率均低于l0μg·cm-2·d-l,不能抑制常见海生物的生长。