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420不锈钢表面镀锌涂层的两相流冲蚀腐蚀实验研究

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420不锈钢表面镀锌涂层的两相流冲蚀腐蚀实验研究

作者：唐春燕中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

在油气生产、化工、矿场、海洋工程等诸多领域,冲蚀腐蚀致使设备材料破损失效的现象广泛存在。液固两相流中材料的冲蚀腐蚀是颗粒与流体协同作用的结果,冲击磨损的机械作用和腐蚀的化学作用相互影响,造成协同作用机理复杂。420不锈钢由... 详细信息

在油气生产、化工、矿场、海洋工程等诸多领域,冲蚀腐蚀致使设备材料破损失效的现象广泛存在。液固两相流中材料的冲蚀腐蚀是颗粒与流体协同作用的结果,冲击磨损的机械作用和腐蚀的化学作用相互影响,造成协同作用机理复杂。420不锈钢由于其较高的硬度而被大量应用于海洋石油工程中,但是在高腐蚀性环境使用时需要对其表面进行镀锌处理以提升抗腐蚀性能。然而,不锈钢表面镀锌涂层在液固两相流冲蚀腐蚀下易发生涂层失效,因此了解镀锌涂层在多种因素作用下的冲蚀腐蚀行为规律和机理,并对其适用环境提出建议对减少由于涂层失效而带来的管道和设备损坏具有重要意义。本文选取420不锈钢和420不锈钢表面镀锌涂层两种样片作为研究对象,利用恒温静态水浴箱和液固两相射流装置进行静态腐蚀和动态冲蚀实验。通过电化学测试、元素测定和表面形貌分析等方法对无涂层钢(基体420不锈钢)和镀锌涂层钢的腐蚀机理、协同作用进行研究分析。论文主要针对从静态腐蚀、动态冲蚀和冲蚀腐蚀协同作用三个方面进行了研究。静态腐蚀实验结果表明,在p H值为2、4、7、10、12的五种溶液中,基体420不锈钢和镀锌涂层420不锈钢在p H值为10的溶液中均表现出最强的抗腐蚀能力。进一步研究发现镀锌涂层在碱性溶液中存在大量的腐蚀产物,因此镀锌涂层的腐蚀保护被认为是牺牲阳极保护阴极法、涂层腐蚀产物屏障保护法、基体腐蚀产物屏障保护法三种方法的结合。动态冲蚀实验选取颗粒粒径为80～120目,冲蚀速度为2m/s,冲蚀角度为90度。结果表明,镀锌涂层420不锈钢的单位时间质量损失和表面阻抗值在冲蚀4 h时分别出现了谷值和峰值,这表明此时镀锌涂层不锈钢的耐冲蚀腐蚀性较好。表面形貌和元素分析结果表明420不锈钢表面镀锌涂层被破损的同时,砂粒以及表面产生的碱式碳酸锌进入孔洞,提升表面硬度值,为材料提供一定的保护作用。冲蚀腐蚀协同作用研究结果表明,相比于砂粒冲击,酸性流体的冲蚀腐蚀对于涂层的破损影响更大。砂粒的影响主要集中在前期冲蚀造成420不锈钢基体与表面涂层的粘合键失效,造成涂层分层。在物理冲刷和化学腐蚀协同作用中,颗粒的作用是不可忽视的。颗粒冲击涂层的过程中会裹挟流体和氧气进入凹坑,氧气会促进腐蚀反应,加快腐蚀产物的生成。在酸性流体冲蚀下,腐蚀产物易被溶解脱落,破坏镀锌涂层。而在碱性流体冲蚀下,腐蚀产物不溶解,并堆积在材料表面形成保护层,增强了样品的抗腐蚀性能。

关键词：液固两相流镀锌涂层冲蚀腐蚀协同作用 420不锈钢

镁合金表面冷喷涂420不锈钢/WC-17Co涂层及其耐磨耐蚀性能

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航空材料学报 2018年第4期38卷 82-86页

作者：陈杰宋惠戴宇马冰郑子云贾利中国兵器科学研究院宁波分院焊接与表面再制造技术研究室浙江宁波315103

采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂... 详细信息

采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂层和镁合金基材的耐腐蚀性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的420/WC-17Co涂层,冷喷涂420/WC-17Co涂层的显微硬度为(615±62)HV,结合强度为(57±11)MPa,涂层的磨损率为3.3×10^(–6) mm^3·N·m,其耐磨性较镁合金基材提高了2个数量级,涂层自腐蚀电流较镁合金基材降低了1个数量级。因此,冷喷涂420/WC-17Co涂层在不产生明显热影响的情况下,可以显著提高镁合金表面的耐磨耐蚀性能,是一种较为理想的镁合金表面强化工艺。

关键词：冷喷涂 420不锈钢 WC-17Co 镁合金磨损与腐蚀

低温离子硬化处理对AISI 420不锈钢组织与性能的影响

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金属热处理 2014年第7期39卷 116-120页

作者：杜威赵程青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

研究了低温离子渗氮、离子氮碳共渗和离子渗碳硬化处理对AISI 420马氏体不锈钢的显微组织、表面硬度、耐蚀性、耐磨性的影响。结果表明,离子渗氮、氮碳共渗和离子渗碳处理都可提高马氏体不锈钢的表面硬度;经不同工艺处理后的试样,除500... 详细信息

研究了低温离子渗氮、离子氮碳共渗和离子渗碳硬化处理对AISI 420马氏体不锈钢的显微组织、表面硬度、耐蚀性、耐磨性的影响。结果表明,离子渗氮、氮碳共渗和离子渗碳处理都可提高马氏体不锈钢的表面硬度;经不同工艺处理后的试样,除500℃×4 h渗氮工艺外,其他不锈钢试样表面的耐蚀性均未出现明显降低,当渗氮温度过高(500℃)时,由于CrN的析出使得渗氮层的耐蚀性显著下降;磨损试验的结果表明,离子渗碳处理后硬化层的耐磨性最佳。

关键词： AISI 420不锈钢离子渗氮离子氮碳共渗离子渗碳显微硬度耐蚀性耐磨性

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烧结温度对420不锈钢组织和性能的影响

粉末冶金技术 2016年第5期34卷 373-379页

作者：杨霆郑军妹刘晓刚程永超罗丰华中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 浙江省健康智慧厨房系统集成重点实验室浙江宁波315336

采用真空烧结制备了420马氏体不锈钢,研究了烧结温度对材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:在1 200~1 300℃的温度区间内,烧结样品收缩,烧结体孔隙逐渐减少,晶粒长大,晶粒组织不断粗化;烧结体的密度、硬度、抗弯强度等均逐渐提高... 详细信息

采用真空烧结制备了420马氏体不锈钢,研究了烧结温度对材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:在1 200~1 300℃的温度区间内,烧结样品收缩,烧结体孔隙逐渐减少,晶粒长大,晶粒组织不断粗化;烧结体的密度、硬度、抗弯强度等均逐渐提高。随着温度的进一步提高,在1 300~1 350℃的温度区间内,这种提高的趋势减缓。最佳烧结温度为1 300℃,此时,烧结体的密度为7.22 g/cm3,抗弯强度为779 MPa。

关键词：粉末冶金 420不锈钢烧结温度金相组织

0Cr18Ni10Ti不锈钢表面激光熔化沉积420不锈钢的组织及性能

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应用激光 2009年第6期29卷 473-475,488页

作者：张永忠涂义黄灿北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心北京100088

采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能。结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均... 详细信息

采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能。结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均匀,沉积材料的硬度在47-51HRC;沉积涂层与基体为完全冶金结合,沿沉积高度方向沉积材料的拉伸强度及界面的结合强度均大于基体材料的强度,界面结合强度达790MPa;与基体材料相比,所沉积420不锈钢的自腐蚀电位低、极化电阻小,抗腐蚀性稍差,该涂层可用于低腐蚀环境下0Cr18Ni10Ti不锈钢表面的强化及420不锈钢零件的修复。

关键词：激光熔化沉积 420不锈钢微观组织界面结合强度耐蚀性

AZ80镁合金表面冷喷涂316L和420不锈钢涂层研究

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兵器材料科学与工程 2018年第2期41卷 63-67页

作者：戴宇陈杰刘光郑子云陈东亮崔烺贾利张会华赵健中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103

在AZ80镁合金表面采用冷喷涂技术分别制备316L和420不锈钢耐磨涂层,对粉末粒子的沉积行为以及不锈钢涂层的结合界面、相结构、硬度、断裂韧性、摩擦性能等进行对比分析。结果表明:在结合界面,316L与420的粒子可以内嵌到镁合金基体,形成... 详细信息

在AZ80镁合金表面采用冷喷涂技术分别制备316L和420不锈钢耐磨涂层,对粉末粒子的沉积行为以及不锈钢涂层的结合界面、相结构、硬度、断裂韧性、摩擦性能等进行对比分析。结果表明:在结合界面,316L与420的粒子可以内嵌到镁合金基体,形成机械咬合的结构;420涂层的硬度高于316L涂层,其断裂韧性低于316L涂层;不锈钢涂层的磨损率较AZ80镁合金下降1个数量级,420涂层比316L涂层表现出更好的耐磨性。

关键词： 316L不锈钢 420不锈钢冷喷涂镁合金磨损

镁合金表面冷喷涂420不锈钢涂层及其摩擦磨损性能研究

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兵器材料科学与工程 2017年第2期40卷 118-121页

作者：戴宇马冰陈杰刘光崔烺中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103

采用冷喷涂技术在AZ80镁合金表面制备420不锈钢耐磨涂层,开展喷涂工艺参数和涂层组织结构研究,并初步比较耐磨涂层与38Cr Si钢的摩擦学性能。结果表明:随着喷枪移动速度的下降,涂层的孔隙率逐渐下降;涂层形成过程中,420不锈钢粉末中的... 详细信息

采用冷喷涂技术在AZ80镁合金表面制备420不锈钢耐磨涂层,开展喷涂工艺参数和涂层组织结构研究,并初步比较耐磨涂层与38Cr Si钢的摩擦学性能。结果表明:随着喷枪移动速度的下降,涂层的孔隙率逐渐下降;涂层形成过程中,420不锈钢粉末中的奥氏体相发生应变诱导马氏体相变,在一定程度上提高了涂层硬度;涂层在摩擦过程中的摩擦磨损机制表现为磨粒磨损和黏着磨损;涂层的耐磨性能显著优于38Cr Si钢。

关键词：冷喷涂 420不锈钢镁合金磨损

激光热处理对420不锈钢焊缝硬度及抗拉强度的影响

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精密成形工程 2022年第5期14卷 115-120页

作者：付龙虎四川化工职业技术学院四川泸州646000

目的对420不锈钢焊缝进行激光热处理,研究微观结构对焊缝硬度的影响规律。方法通过光纤激光对420不锈钢进行焊接,然后采用激光对焊缝进行热处理,采用金相显微镜对焊缝微观组织进行分析,并采用显微硬度仪测试焊缝的硬度,采用拉力机对焊... 详细信息

目的对420不锈钢焊缝进行激光热处理,研究微观结构对焊缝硬度的影响规律。方法通过光纤激光对420不锈钢进行焊接,然后采用激光对焊缝进行热处理,采用金相显微镜对焊缝微观组织进行分析,并采用显微硬度仪测试焊缝的硬度,采用拉力机对焊缝接头进行抗拉强度测试。结果随着激光加热功率的提高,焊缝抗拉强度没有明显变化;随着激光加热速度的降低,焊缝抗拉强度逐渐增加。当激光加热功率为500 W、加热速度为5 mm/s时,焊缝抗拉强度达到667 MPa。结论采用激光对焊缝进行热处理后,焊缝微观组织中晶粒尺寸变大,焊缝硬度降低,有利于焊缝抗拉强度的增加。

关键词： 420不锈钢激光热处理抗拉强度显微硬度

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420不锈钢粉末温压成形工艺

粉末冶金材料科学与工程 2008年第3期13卷 159-164页

作者：曹顺华李春香邹仕民张秀芳李文超谢继锋中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

对420不锈钢粉末进行温压,探索温压工艺参数对压坯密度的影响,并对温压与室温模压(添加0.7%硬脂酸锌作润滑剂)后压坯的密度和弹性后效进行比较。实验结果表明:最佳粉末加热温度为90℃,最佳模具温度为120℃,最佳润滑剂含量为0.7%(质量分... 详细信息

对420不锈钢粉末进行温压,探索温压工艺参数对压坯密度的影响,并对温压与室温模压(添加0.7%硬脂酸锌作润滑剂)后压坯的密度和弹性后效进行比较。实验结果表明:最佳粉末加热温度为90℃,最佳模具温度为120℃,最佳润滑剂含量为0.7%(质量分数)。在该工艺条件下,当压制压力为784 MPa时,压坯密度达到6.86 g/cm3;经1 130℃烧结后样品密度略有下降,为6.83 g/cm3,硬度为HRC33。温压压坯密度比室温模压的提高约0.2 g/cm3,温压后压坯弹性后效较室温模压小。

关键词：温压 420不锈钢压坯密度烧结