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Ni60A涂层孔隙成因分析与改善研究

Ni60A涂层孔隙成因分析与改善研究

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作者：贺一丁宁夏大学

学位级别：硕士

Ni60A自熔性合金粉末是一种应用广泛的粉末,在煤化工领域中,锁渣阀是一类在核心部位发挥重要作用的部件,主要应用于高温、高压、强腐蚀的工作介质中,因此通常就会使用Ni60A自熔性合金对锁渣阀表面进行防护。然而热喷涂制备的Ni60A涂层... 详细信息

Ni60A自熔性合金粉末是一种应用广泛的粉末,在煤化工领域中,锁渣阀是一类在核心部位发挥重要作用的部件,主要应用于高温、高压、强腐蚀的工作介质中,因此通常就会使用Ni60A自熔性合金对锁渣阀表面进行防护。然而热喷涂制备的Ni60A涂层易出现较多的孔隙。针对目前Ni60A涂层孔隙形成原因和机理不明确等现状,本研究以Ni60A涂层为研究对象,通过软件模拟粉末各元素含量,研究合金粉末中各元素含量变化对涂层孔隙的影响。通过添加不同种类和含量净化剂,研究净化剂对涂层孔隙的改善效果。通过改变涂层制备工艺,研究不同制备工艺对涂层孔隙的影响。利用金相显微镜(OM)、衍射图谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)分析试样,研究Ni60A涂层孔隙形成机理与改善的方法。具体工作如下:通过分析粉末成分并利用软件模拟分析,发现C、Cr元素含量对合金熔点变化作用明显,Fe元素基本对合金熔点没有影响。合金熔点随C元素含量上升而下降,下降趋势逐渐变小;合金熔点随Cr元素含量上升而上升,上升趋势逐渐变大。C元素在合金中部分存在于γ-Ni中,γ-Ni的熔化温度随C元素含量上升而降低,降低了合金整体的熔化温度。Ni60A涂层试样的主要物相为γ-Ni、CrC、Cr7C3、Cr3Ni2SiC、(Fe,Ni)23C6等。其中,随C元素含量增高,M7C3相增多,且会向M23C6相发生转变。当C元素含量高时,碳化物分布不均且粗大,在凝固时和γ-Ni的熔点不同,体积收缩不同,在二者之间形成孔隙。通过在Ni60A合金粉末中掺杂净化剂(0.5%、1.0%、1.5%的CaO、MgO、CeO2、Y2O3)发现,净化剂的添加能明显改善涂层的孔隙问题。各涂层的孔隙率分别为5.84%(对照组)、[4.38%、1.52%、3.07%](CaO)、[4.07%、1.80%、3.10%](MgO)、[3.88%、1.02%、2.22%](CeO2)、[3.96%、1.56%、3.50%](Y2O3)。适量的净化剂掺杂可以有效降低涂层的孔隙率。但是,过量净化剂会使净化效果降低,粉末未熔,降低了熔液的流动性,使杂质和气孔难以排出。重熔处理对涂层孔隙率影响较大,未重熔、真空重熔和火焰重熔试样的孔隙率分别为12.29%、6.00%、5.91%。重熔处理使涂层上金属熔化,填充到孔隙中,最终形成致密的涂层。火焰重熔时喷出的焰流能增强熔液中的流动性,有益于杂质和气孔排出,故孔隙率比真空重熔更低。重熔温度为1020℃时,未熔粉末部分作为非均匀形核点,促进晶粒形成,且有利于使Cr23C6转化为尺寸更小的Cr7C3。超声振动辅助处理能明显降低涂层的孔隙率,分别利用频率为22kHz、25kHz、28kHz的超声对熔化下的涂层进行处理,结果表明,当超声频率为28kHz时涂层的孔隙较少,为1.35%。

关键词： Ni60A合金涂层粉末成分净化剂掺杂重熔处理超声振动

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