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电火花沉积铁基非晶合金涂层的微观组织和性能研究

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电火花沉积铁基非晶合金涂层的微观组织和性能研究

作者：聂英石沈阳理工大学

学位级别：硕士

本文以铁基非晶合金的研究为基础，选取两种合金体系，即非晶形成能力较强的FeCoCrMoCBY合金和非晶形成能力较弱FeCrMoCB合金作为电极。采用电火花沉积工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上制备非晶合金涂层。利用XRD和DSC分析了两种合金的微... 详细信息

本文以铁基非晶合金的研究为基础，选取两种合金体系，即非晶形成能力较强的FeCoCrMoCBY合金和非晶形成能力较弱FeCrMoCB合金作为电极。采用电火花沉积工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上制备非晶合金涂层。利用XRD和DSC分析了两种合金的微观结构和热稳定性，测定了合金电极的压缩断裂强度。利用XRD和SEM分别研究七种工艺参数下制备的FeCoCrMoCBY和FeCrMoCB合金涂层的微观结构以及涂层表面和横截面的微观形貌，并测定了涂层的显微硬度，摩擦磨损性能和电化学极化曲线。利用铜模浇铸法制备的FeCoCrMoCBY合金电极为非晶态结构。其热稳定性较好，显微硬度(HV)高达1207，压缩断裂强度为3566MPa。而FeCrMoCB合金电极为晶态结构，压缩断裂强度为750MPa。在输出电压为50V，输出电容20μf和40μf时，制备的FeCoCrMoCBY合金涂层为非晶态结构。随着输出电压和电容的增加，涂层表面的裂纹逐渐增多，涂层的厚度也逐渐增加。选取输出电压50V，输出电容20μf时的工艺为最佳工艺。在此工艺条件下制备的非晶合金涂层比较致密，与基体为冶金化的结合，结合良好，涂层的显微硬度(HV)是1180，为不锈钢基体的4.1倍，涂层的平均摩擦系数为0.204，小于不锈钢基体的平均摩擦系数0.757，涂层在1MHCl溶液中的耐腐蚀性能高于不锈钢基体。输出电压50V，输出电容40μf为电火花沉积制备FeCrMoCB非晶合金涂层的最佳工艺，在此工艺条件下制备的涂层显微硬度(HV)为1129，是不锈钢基体的3.8倍，涂层的平均摩擦系数为0.175，低于不锈钢基体的平均摩擦系数，涂层在1MHCl溶液中的耐腐蚀性能高于不锈钢基体。

关键词： Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2 Fe48Cr16Mo15C17B4 电火花沉积非晶合金涂层微观组织性能

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铁基非晶合金涂层疏水性能及耐蚀机理研究

铁基非晶合金涂层疏水性能及耐蚀机理研究

作者：迟骋远东北石油大学

学位级别：硕士

随着人们对仿生学的不断探索,基于荷叶表面自清洁效应的微纳仿生超疏水界面逐渐成为研究热点。非晶原子尺度上的结构均匀性和成形极限小,是制备微纳结构的理想材料。非晶合金涂层在喷涂过程中的氧化物夹杂相及孔隙的存在,会引起涂层局... 详细信息

随着人们对仿生学的不断探索,基于荷叶表面自清洁效应的微纳仿生超疏水界面逐渐成为研究热点。非晶原子尺度上的结构均匀性和成形极限小,是制备微纳结构的理想材料。非晶合金涂层在喷涂过程中的氧化物夹杂相及孔隙的存在,会引起涂层局部腐蚀尤其是点蚀的萌生。建构仿生疏水界面可以有效调控铁基非晶合金涂层的点蚀性能,但非晶材料微纳疏水结构的设计和制备还缺少科学的依据。本文通过宏观与微观相结合的方法,分析化学刻蚀时间、刻蚀剂浓度等不同刻蚀工艺对铁基非晶合金涂层表面微纳结构及疏水性能的影响规律,探究涂层疏水机理。借助电化学测试确定涂层疏水表面结构变化与耐蚀性的关联。结合热喷涂工艺,制备不同粉末粒径的非晶合金涂层,研究粉末粒径变化对涂层疏水结构和耐蚀性的影响机理。经化学刻蚀后,铁基非晶合金涂层表面为未熔颗粒及其微小突触、孔隙以及表面蚀坑共同构成的微纳结构。随刻蚀浓度和刻蚀时间增大,表面结构与有机疏水层协同作用,涂层表面固液接触分数和表面能先减小后增大。在3mol/L HCl中刻蚀60min时,非晶合金涂层表面接触角达到142.58,此时由腐蚀产物、孔隙、未熔颗粒共同构成的表面微纳结构最符合Cassie-Baxter模型,接近超疏水表面。在3.5%Na Cl溶液中,该刻蚀工艺所制备非晶合金疏水涂层钝化电流密度最小,容抗弧半径最大,涂层表面微纳结构和其上的有机疏水层均可以有效隔绝腐蚀介质与基体间接触,延缓Cl与涂层中氧化夹杂相接触时间,涂层耐均匀腐蚀能力最佳。喷涂粉末粒径(300目、400目、500目)的减小可有效降低铁基非晶合金涂层表面的孔隙率,增大涂层表面氧化物的含量。经过疏水处理后,粉末粒径为400目时的涂层表面微纳结构较300目时更贴近Cassie-Baxter模型,接触角达到152.11°。表面构建的微纳结构分布最为均匀,表面能最低,呈现超疏水性。粉末粒径为500目时,喷涂涂层表面存在较严重团聚,表面的微纳结构完整性被破坏。电化学分析表明,400目制备的疏水涂层钝化电流密度最大,耐均匀腐蚀性能最佳。经过90天浸泡腐蚀后,疏水层结构可在腐蚀环境下保持稳定,具有较好的耐长期腐蚀性能。

关键词：非晶合金涂层超疏水性微纳结构电化学腐蚀粉末粒径

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HVAF铁基非晶合金涂层耐蚀机理研究

HVAF铁基非晶合金涂层耐蚀机理研究

作者：田宛平沈阳工业大学

学位级别：硕士

非晶合金因其自身拥有许多优异性能而广受关注,目前已成为最具有发展潜力的新型金属材料之一。非晶合金自身因缺少晶界、位错等常见的晶体结构缺陷,故表现出极高的强度、弹性极限和耐磨耐蚀性能。同时,与晶相合金相比,非晶合金能够固溶... 详细信息

非晶合金因其自身拥有许多优异性能而广受关注,目前已成为最具有发展潜力的新型金属材料之一。非晶合金自身因缺少晶界、位错等常见的晶体结构缺陷,故表现出极高的强度、弹性极限和耐磨耐蚀性能。同时,与晶相合金相比,非晶合金能够固溶大量有益元素,这极大地增强了非晶合金的多种性能。然而,非晶合金形成能力有限,在室温下的塑性变形能力也较差,不适合应用于结构材料领域。故非晶合金更适合以涂层的形式投入应用。本文采用超音速火焰喷涂制备方法制备的SAM2X5铁基非晶合金涂层为研究对象,以传统合金钢涂层和传统电镀铬涂层作为比对材料,利用电化学工作站、盐雾实验和高温高压超临界CO2腐蚀实验等测试手段,表征其耐蚀性能;并通过SEM、XRD、DSC以及XPS等技术手段观察分析其在不同环境条件下的钝化行为,理解非晶合金中耐蚀组元间的协同作用。主要结论如下:利用空气助燃超音速火焰喷涂技术制备出了 SAM2X5铁基非晶合金涂层。通过结构表征,证实该涂层具有完全非晶结构。该非晶涂层的硬度达910 HV,具有优异的耐磨性。在中性3.5 wt.%NaCl溶液中,相比于316 L不锈钢涂层及传统电镀铬涂层,非晶合金钝化能力强,钝化区间宽且稳定。中性盐雾实验表明,涂层经过1008 h的盐雾测试表明无锈斑。168 h的高温高压超临界CO2腐蚀实验结果表明,铁基非晶合金涂层腐蚀速率仅为对比材料低合金钢涂层的1/6。非晶合金表面的钝化膜厚度与腐蚀条件密切相关。在中性NaCl溶液中,随应用电位升高,钝化膜的厚度先上升后略微下降,这种情况主要与高电位下钝化膜外层的高价态氧化物优先溶解有关。0.6 VSCE时生成的钝化膜厚度约为0.0 VSCE时的17倍,而0.8 VSCE时生成的钝化膜厚度则为0.0 VSCE时的11倍左右。而在高温高压超临界CO2环境中生成的钝化膜厚度约为0.0 VSCE时的36倍左右。Cr、Mo、W、Mn等元素在不同电位下形成的钝化膜中具有协同作用。合金中的Cr元素起到了主要的耐蚀作用,但仅有Cr元素的合金(如电镀铬),在较低电位区间内的耐蚀能力较差,主要表现为维钝电流密度较大且不稳定。而当合金中缺乏Mn、W等元素(如316 L不锈钢),则在高电位下耐蚀能力较差,表现为钝化区间较窄,过钝化电位较低。在高温高压超临界CO2腐蚀中,非晶合金表面生成的钝化膜保护性很强。经XPS、XRD等技术分析可知,该钝化膜中大量富集了 Mn与Cr的氧化物,有效地阻止了涂层基体的过钝化溶解。

关键词：非晶合金涂层耐蚀机理钝化膜 XPS

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非晶合金涂层多相流腐蚀及仿生疏水耐蚀机制

非晶合金涂层多相流腐蚀及仿生疏水耐蚀机制

冷喷涂铁基非晶合金涂层的制备及组织性能研究

第十一届全国腐蚀与防护大会

作者：王勇李永存孙丽丽张旭昀毕凤琴东北石油大学东北石油大学机械科学与工程学院东北石油大学新能源与材料学院

铁基非晶合金具有较强的非晶形成能力,在保持优异高强度、高硬度和耐蚀性的同时,又具有较高的性价比,但较差的塑性使其作为一种涂层材料更具应用前景。近年来发展的活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)技术,在保留传统的超音速火焰喷涂(HVOF... 详细信息

铁基非晶合金具有较强的非晶形成能力,在保持优异高强度、高硬度和耐蚀性的同时,又具有较高的性价比,但较差的塑性使其作为一种涂层材料更具应用前景。近年来发展的活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)技术,在保留传统的超音速火焰喷涂(HVOF)优点的同时,可获得更高致密度和更低氧化物含量的高质量非晶涂层,无疑将拓宽铁基非晶涂层在耐蚀与耐磨领域的应用,为工业界带来巨大的效益。水力压裂是提高低渗透油藏采收率有效措施之一。压裂时,高压大排量、具有一定粘度且含支撑剂的液体被高速挤入油气层,提高油气层渗透能力,但会对压裂工具产生严重的冲蚀、空蚀等多相流损伤。采用数值模拟、喷射冲蚀和超声气蚀与电化学测试相结合方法,对非晶合金涂层在压裂工况下的冲蚀和空蚀规律进行了研究,评价了腐蚀和冲蚀、空蚀的交互作用,分析了耐蚀性和硬度的主导作用,确定了多相流损伤机理。结果表明:Fluent流体模拟可以实现冲刷磨损和空化磨损部位的有效预测,涂层抗冲蚀性与套管钢提升13-22倍,与硬质合金相当。硬度是决定冲蚀损伤主要因素,主要表现为脆性冲蚀特征,其中交互作用影响大。涂层抗空蚀性高于硬质合金1.6倍,但涂层中无韧性相存在,空化损伤会沿涂层厚度方向,逐渐由涂层表面向内层发生,直至涂层完全剥落。降低涂层缺陷和增加粘结相结合强度是提高其抗多相流损伤的关键。点蚀具有极大隐蔽性和突发性,非晶合金涂层中氧化物夹杂影响耐蚀性,但非晶涂层亚稳蚀点萌生的微区结构信息尚不清晰。采用Comsol有限元数值模拟方法,依靠多物理场仿真,引入腐蚀场(Cl侵蚀),得出腐蚀敏感区域。采用第一性原理和分子动力学方法,基于密度泛函理论,通过建立模型,计算粒子扩散系数、吸附能以及径向分布函数等微观信息,得出粒子微观分布并预测宏观性质,研究Cl和S作用于非晶涂层氧化物夹杂相机理。结果表明:非晶涂层局部腐蚀发生于氧化物夹杂相区域,诱发点蚀敏感相CrO。腐蚀离子与氧化物作用机理不同:S主要分布表面;Cl一部分以渗透机制参与反应,在氧化物界面诱导发局部腐蚀。非晶合金在原子尺度上具有结构均匀性,不存在"晶粒效应",经过简单腐蚀处理,被认为是制备微纳结构理想金属材料。表面能及表面微纳结构是决定超疏水性的最关键因素。对非晶合金涂层表面进行化学刻蚀和表面疏水处理,结果表明:非晶合金涂层表面接触角达到142.58°,表面微纳结构符合Cassie-Baxter模型,接近超疏水表面。涂层的均匀腐蚀阻力提高1个数量级,不影响点蚀。仿生疏水界面构筑是提高非晶合金涂层耐蚀能力的一种有效手段。

关键词：非晶合金涂层多相流局域溶解疏水结构耐蚀性

来源： cnki会议评论

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冷喷涂铁基非晶合金涂层的制备及组织性能研究

作者：毛轩西安建筑科技大学

学位级别：硕士

非晶合金没有传统晶态合金的晶界、位错等缺陷,具有高强度、高硬度、高弹性模量以及良好的耐磨损和耐腐蚀性能。在材料表面制备非晶合金涂层,可以为基体提供良好的保护,使其具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能。传统的非晶合金涂层制备以热... 详细信息

非晶合金没有传统晶态合金的晶界、位错等缺陷,具有高强度、高硬度、高弹性模量以及良好的耐磨损和耐腐蚀性能。在材料表面制备非晶合金涂层,可以为基体提供良好的保护,使其具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能。传统的非晶合金涂层制备以热喷涂和激光熔覆为主,高温容易导致非晶合金材料发生氧化和晶化,严重影响涂层的服役性能。以低温固态沉积为特点的冷喷涂技术,可以有效避免高温带来的不利影响,在制备高性能非晶合金涂层方面具有广阔的应用前景。本研究采用冷喷涂技术在具有不同表面性能的基体材料表面制备Fe Cr Si BC非晶合金涂层,包括AZ31B镁合金、6061铝合金、Q235碳钢,系统研究涂层的沉积特性及其组织性能。首先,采用深冷处理工艺对铁基非晶合金粉末进行循环处理,在低压冷喷涂条件下研究粉末处理前后的沉积特性变化;其次,系统研究铁基非晶合金颗粒在高压冷喷涂条件下的变形特征、涂层的沉积厚度、显微组织、硬度、摩擦磨损性能以及涂层与基体间的结合强度。结果表明:在低压冷喷涂条件下,非晶颗粒在硬度较低的镁合金、铝合金基体表面形成嵌入式的复合涂层,而在硬度较高的碳钢基体表面形成连续式的涂层,但涂层整体厚度较低。深冷处理对粉末颗粒的非晶态结构没有影响,可以改善其塑性变形能力,提高涂层的沉积厚度和致密度。非晶合金涂层可有效提高基体的耐磨损性能,在相同的基体表面,深冷处理非晶颗粒形成的涂层具有更加平稳的摩擦系数,同时其磨损率进一步降低,为未处理涂层的84.0%、87.9%、92.3%。在高压冷喷涂条件下,由于粉末颗粒喷涂速度和温度的明显提升,在三种不同硬度的基体表面均可获得较厚的连续涂层。非晶合金涂层与镁合金、铝合金、碳钢基体间的结合强度分别为14.81 MPa、18.51 MPa、31.01 MPa,断裂失效为涂层自身的内聚破坏,主要发生在涂层内部颗粒与颗粒之间的界面上,表现出明显的脆性断裂行为。非晶合金涂层的摩擦磨损性能受基体的影响较小,涂层的磨损机制表现为疲劳磨损和氧化磨损。镁合金、铝合金、碳钢基体的磨损率分别为2.261 mm/(N·m)、0.532 mm/(N·m)、0.06 mm/(N·m),非晶涂层表现出优异的抗磨损性能,磨损率仅为0.008 mm/(N·m)。

关键词：冷喷涂非晶合金涂层深冷处理沉积特性摩擦磨损性能

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激光熔覆Ni基非晶合金涂层组织及性能研究

激光熔覆Ni基非晶合金涂层组织及性能研究

作者：贾孟东辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

为了达到研究激光熔覆可以在45钢基体表面制备Ni基非晶合金涂层的目的。本文采用非晶形成能力三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取常规非晶合金制备方法中具有较强非晶形成能力的Ni59.35Nb34.45Sn6.2、Ni42Zr30Ta28、Ni60Zr20Nb15... 详细信息

为了达到研究激光熔覆可以在45钢基体表面制备Ni基非晶合金涂层的目的。本文采用非晶形成能力三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取常规非晶合金制备方法中具有较强非晶形成能力的Ni59.35Nb34.45Sn6.2、Ni42Zr30Ta28、Ni60Zr20Nb15Al5合金成分,利用DL-HL-T5000B型横流CO激光器在以45钢为基体上制备非晶合金涂层。并对不同输出功率下得到的熔覆层微观组织和力学及腐蚀性能进行了理论分析和结果验证。取得了涂层的SEM照片及显微硬度、耐蚀性的数据。结果表明:激光熔覆涂层中除含有非晶相外还含有晶化相以及纳米相。相比45钢,非晶合金涂层在力学和腐蚀性能上都有较大提高。当激光功率为3300W时,熔覆层表层显微硬度值最大为1496.4HK,表面磨损率为0.778g·mm;Ni42Zr30Ta28涂层由于非晶相的存在耐蚀性有明显提高,在功率3000W时,试样单位面积增重量为0.0026g·mm,耐盐性最好。

关键词：激光熔覆非晶合金涂层微观组织力学性能腐蚀性能

HVOF喷涂Fe基非晶合金涂层的组织结构和耐腐蚀性能

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热喷涂技术 2009年第1期1卷 49-52,38页

作者：崔崇叶福兴兰学文杨雪天津大学材料科学与工程学院天津300072

采用超音速火焰喷涂技术,制备了含Fe、Cr、Mo、Ni、P、Si、B的Fe基非晶合金涂层。利用显微硬度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站、差示扫描量热仪等设备对涂层的组织结构、耐腐蚀性能和热稳定性进行了研究。喷涂工艺参数... 详细信息

采用超音速火焰喷涂技术,制备了含Fe、Cr、Mo、Ni、P、Si、B的Fe基非晶合金涂层。利用显微硬度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站、差示扫描量热仪等设备对涂层的组织结构、耐腐蚀性能和热稳定性进行了研究。喷涂工艺参数为:氧气压力0.6MPa,氧气流量166L·min-1,丙烷压力0.55MPa,丙烷流量24L·min-1,喷涂距离350mm。制备的涂层孔隙率和显微硬度分别为1.8%和823HV0.1,其非晶化程度较高;微观结构分析表明涂层由熔化变形成扁平粒子、未熔化的粉末颗粒以及孔隙、裂纹等缺陷组成的波浪层状组织。相组织结构分析表明涂层主要由非晶相组成,含有少量的纳米晶相组织。差示扫描量热仪测试表明所制备涂层的晶化区间为532℃～580℃。电化学测试表明,Fe基非晶合金涂层在1mol·L-1的H2SO4、10%NaOH和3.5%NaCl溶液中都经历了活性溶解—钝化—过钝化的过程,涂层在NaOH溶液中的耐腐蚀性能最强,其次为NaCl溶液,在H2SO4溶液中的耐腐蚀性能较差。

关键词：超音速火焰喷涂非晶合金涂层铁基合金显微硬度耐腐蚀

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电火花沉积非晶合金涂层的耐腐蚀性能研究

新技术新工艺 2022年第3期411卷 64-68页

作者：司彦龙马小斌詹华徐天杨汪瑞军中国农业机械化科学研究院北京100083 北京金轮坤天特种机械有限公司北京100083

利用电火花沉积技术在45钢表面制备了Ti_(13.8)Zr_(41.2)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶合金涂层,通过中性盐雾试验对比了45钢基体、非晶合金涂层2种样品的耐腐蚀性能,并对其腐蚀增重和腐蚀形貌进行了测量与分析。结果表明:随着腐蚀时... 详细信息

利用电火花沉积技术在45钢表面制备了Ti_(13.8)Zr_(41.2)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)非晶合金涂层,通过中性盐雾试验对比了45钢基体、非晶合金涂层2种样品的耐腐蚀性能,并对其腐蚀增重和腐蚀形貌进行了测量与分析。结果表明:随着腐蚀时间的延长,2种样品的单位面积腐蚀增重均增大,经96 h中性盐雾腐蚀后,45钢基体样品平均单位面积腐蚀增重比非晶合金涂层样品增加了0.00504 g/cm^(2)。相较于45钢基体样品,非晶合金涂层样品在盐雾试验前10 h表现出良好的耐腐蚀性能,分析认为非晶合金涂层Ti_(13.8)Zr_(41.2)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)中易钝化金属Zr形成致密氧化锆层和非晶合金涂层对45钢基体起到了有效的防护作用。经96 h中性盐雾腐蚀后,非晶合金涂层样品最终被腐蚀,分析认为非晶合金涂层中存在的未搭接区和纵向贯穿裂纹等缺陷是造成其最终发生腐蚀的主要原因。

关键词：电火花沉积 45钢非晶合金涂层腐蚀增重中性盐雾试验耐腐蚀性能

冷喷涂和热喷涂Fe25Cr20Mo1Si非晶合金涂层性能对比研究

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冷喷涂和热喷涂Fe25Cr20Mo1Si非晶合金涂层性能对比研究