用户名: 密码: 验证码:
真空熔结稀土镍基—金属陶瓷复合涂层热疲劳和腐蚀性能的研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
本文利用真空熔结表面冶金技术在45钢基体上制备了含稀土镍基-金属陶瓷复合涂层,借助金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计等检测手段对涂层的组织结构、表面形貌和显微硬度进行了分析,重点研究了涂层的耐热疲劳性能和耐腐蚀性能。结果表明,涂层主要以镍基固溶体为基体,弥散分布着大量的碳化物、硼化物等硬质相,涂层与母材发生了明显的扩散,形成了牢固的冶金结合;在高温下WC粒子发生分解,冷却后在互溶区生成了大量细小的针状和粒状化合物;稀土La的加入,改善了涂层合金的流动性和显微组织的均匀性,并使涂层与基体的熔合更加明显;稀土元素阻碍了基体中Fe原子向涂层的扩散,减缓了Fe原子对涂层的“稀释”作用,保证了涂层的化学组成;同时,添加稀土元素La的涂层针状组织大量减少,组织更加细小均匀,并析出了新的化合物。添加稀土元素后,涂层表面硬度以及基体各组成相的显微硬度都得到了大大提高;纵截面母材与涂层过渡区域的显微硬度变化变得较平缓,且在距界面0.2mm~0.4mm区间内出现峰值。涂层热疲劳裂纹优先在针状相区扩展,另外第二相硬质粒子的开裂处以及硬质粒子与基体界面的开裂也成为热疲劳裂纹的通道;在较高温度下,涂层耐热疲劳性能急剧下降,涂层裂纹的萌生和扩展趋势由穿晶转向沿晶;稀土La改善了涂层组织中硬质化合物的形状,提高了涂层耐热疲劳性能。稀土La的添加能使复合涂层的腐蚀电流减小,使腐蚀电位正移,提高了涂层的耐腐蚀性能,明显增大了电化学阻抗谱容抗弧半径,提高了涂层的电阻,涂层有优异的耐碱和盐溶液腐蚀的性能,耐酸性较差。
Vacuum fusion sinter technique was used to form Ni-based cermet composite coatings with rare eatth joined on 45 steel substrate. The microstrucure, morpholo- gy and micro-hardness was observed and analyzed by scanning electron microscopy (SEM),optical microscope, X-ray diffractemeter and microhardness instrument. The thermal properties and corrosion resistance were especially investigated. The coati- ng is composed of Ni-based solidlution and dispersion hard phase such as carbides and borides. The elements of both the coating and the substrate diffuse to each oth- er.The excellent metallurgy bonding was formed between the coating and the subsr- ate.At high tempretute, WC transformation occurs. The dominant characteristics are that it transforms into lots of needle phase and particle phase.on the verge of hard phase.The uniformity of the microstructure can be improved by adding arth element LaLa, and the fusion between coating and substrate is formed easily ,which incress their bonding. The rare earth elements also hinder the diffusion of Fe atom from matrix to coating and hold back the dilution of Fe, ensuring the chemical composition of the coating. Meanwhile the composite coating adding rare earth element La makes needle phases reduced or vanished, microstructure changes to be smaller and uniform, and precipitate new phase. The hardness of coating surface and the micro-hardness of Ni-base solid solution and some phases have been largely increased.The micro-hardness of transition area between the matrix and coating changes more mildly and the peak value of hardness appears in the coating from 0.2mm to 0.4mm beyond interface. The corrosion resistance of coating is better in NaCl and NaOH solution but bad in acid. Influence of WC on corrosion resistance is very complex and need to be analyzed according to definite corrosion solution.
引文
[1]钱苗根,姚寿山,张少宗.现代表面技术[M].北京:机械工业出版社,1999,4:1.
    [2]徐滨士等,表面工程新技术[M].北京:国防工业出版社,2002,1: 3.
    [3]徐滨士,朱绍华,刘世参.材料表面工程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005,8: 26.
    [4]王汉功,赵文轸.修复工程学[M].北京:机械工业出版社,2001,1: 202.
    [5]陈华辉,刑建东,李卫.耐磨材料应用手册[M].北京:机械工业出版社社,2006,9: 555.
    [6]陈颢,李惠东,李惠琪.等离子束表面冶金与激光熔覆技术[J].表面技术, 2005,34(2): 2.
    [7] La Peiqing,Xue Qunji,Liu Weimin,etal. A study of MoSi2-MoS2 coatings fabricated by SHS casting route[J]. MaterialsScience and EngineeringA,2000, (277): 266-273.
    [8] Hidouci A, Pelletier JM, Ducion F, etal. Micro-structural and mechanical charac- teristics of laser coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2000, (123): 17-23.
    [9]张丽民,孙东柏,李惠琪等.等离子熔覆铁基涂层组织结构及热影响区特点[J].北京科技大学学报,2007,9(5): 490-494.
    [10]李敏,李惠琪,李惠东等.同步送粉等离子表面冶金合金化涂层的凝固组织特性及形成机理[J]. 2006,27(3): 69-74.
    [11]刘均波,黄继华,王立梅.等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强耐磨复合涂层组织与耐磨性[J].材料科学与工程学报,2006,28(4): 17-21.
    [12]李志,曲敬信,吴仲行.真空熔结镍基合金涂层的组织结构及其高温磨损特性[J].材料工程,2000,(1): 7.
    [13]陈占恒.稀土新材料及其在高技术领域的应用[J].稀土,2000,21(1): 53
    [14]孔薇,张秀英.稀土元素在医药上的应用[J].微量元素与健康研究,2000,17(2): 67.
    [15]吴仲行.表面冶金技术及其产业化进程[J].铸造,2003,52增刊: 826-829。
    [16]吴萍,周昌,唐西南.激光熔覆镍基合金和Ni/WC涂层的磨损性能[J].金属学报,2002,38(12): 1257.
    [17]李静,尹衍升.热喷涂陶瓷涂层[J].江苏陶瓷,2004,37(3): 33-37.
    [18] Li Zhi, Qu Jingxin, Wu Zhongxinget al. Study on Microstructure and High Temperature WearCharacteristics of a Vacuum Melting Ni-Base Alloy Coating[J]. Journal of Materials Engineering, 2000, (1): 7~12.
    [19]裴新军,黄继华,张建纲等.反应钎涂碳化物/铁基合金复合涂层的组织结构[J].材料热处理学报,2005,26(6): 113-116.
    [20]刘光华.稀土固体材料学[M].北京:机械工业出版社,1997,11: 1.
    [21]江静华,方峰,淡淑泳等.稀土元素及稀土新材料[J].江苏机械制造与自动化,2000,(3): 45.
    [22]陈占恒.稀土新材料及其在高技术领域的应用[J].稀土,2000,21(1): 53.
    [23]张希艳等.稀土发光材料[M].北京:国防工业出版社,2005,3: 3.
    [24]吴文远.稀土冶金学[M].北京:化学工业出版社,2005,8: 2-7.
    [25]杜挺.稀土元素在金属材料中的一些物理化学作用[J].金属学报,1997,33(1): 69-71.
    [26]王龙妹,杜挺,卢先利等.微量稀土在钢种的作用机理及应用研究[J].稀土,2001,22(4): 37-39.
    [27]匡建新,汪新衡,刘安民等.稀土对激光熔覆金属陶瓷复合层的影响[J].润滑与密封,2007,32(4): 87-89.
    [28]梁二军,杜利平,陈长青. CeO2,Y2O3和MgO对镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层裂纹及组织的影响[J].应用激光,2001,21(6): 385.
    [29]颜永根,李明喜,张世宏等.纳米CeO2对Ni基合金激光熔覆层的组织与耐蚀性的影响[J].中国稀土学报,2007,25(6): 620-623
    [30]陈颢,李惠琪,孙玉宗等.稀土对等离子束表面冶金涂层抗裂性的影响[J].钢铁研究学报,2007,19(3): 80-84.
    [31]陈颢,李惠琪,孙玉宗等.稀土对等离子束表面冶金涂层组织的影响及热力学分析[J].钢铁研究学报,2007,19(6): 87-91.
    [32]陈颢,李惠琪,李敏等.稀土元素对等离子束表面冶金涂层组织和性能的影响[J].金属热处理,2005,30(9): 29-33.
    [33]胡文富,尹光福,郑昌琼等.稀土和合金成分对铁基自熔合金喷涂层耐腐蚀性的影响[J].矿产综合利用,2004,(3): 14-17.
    [34]胡文富,易伟,尹光福等.稀土对铁基自熔合金喷焊层组织与耐蚀性能的影响[J].稀土,2003,24(5): 57-60.
    [35]赵涛,王顺兴,郑世安等. CeO2对镍基金属陶瓷复合层组织和耐腐蚀性能的影响[J].金属热处理,2001,(2): 1-3.
    [36]徐向荣,黄拿灿,杨少敏.稀土表面改性在改善高温抗氧化和耐蚀性方面的应用[J].热处理技术与装备,2006,3,27(5): 8-12.
    [37]周白杨,高诚辉,RE-Fe基合金热喷涂层的耐腐蚀性能[J].中国有色金属学报,2006,16(1): 94-99.
    [38]林化春,黄新波,林晨.镍基-碳化铬复合涂层材料的界面分析[J].金属热处理,2002,27(2): 5.
    [39]林化春,林晨,王俊英. Cr对铁基高温抗氧化性能的影响[J].金属热处理,2002,27(2): 5.
    [40]宣天鹏,霍影,闵丹,稀土对真空熔结镍基复合涂层组织结构的影响[J].农业机械学报,2006,37(11): 156-159.
    [41]宣天鹏,霍影,闵丹.稀土镍基金属陶瓷复合涂层成分和硬度分布的研究[J].农业机械学报,2007,38(2): 208-210.
    [42]宣天鹏,霍影,闵丹.稀土金属Y对真空熔结Ni基涂层显微组织和耐磨性的影响[J].摩擦学学报,2005,25(2): 102-105.
    [43]张翼.真空熔结稀土镍基-金属陶瓷复合涂层高温及耐腐蚀性能的研究[D].合肥:合肥工业大学,2007,12: 25-27.
    [44]原津萍,张平,梁志杰. Mo,CeO2对镍基合金激光熔覆层组织及性能影响[J].稀有金属材料与工程,2008,37(1): 147-151.
    [45]杜挺.稀土元素在金属材料中的一些物理化学应用[J].金属学报,1997,33(1): 69-72.
    [46]陈传忠. WC/Ni60A等离子喷涂层的相结构分析[J].材料研究学报,2000,14(2): 147-150.
    [47]李志,赵振业.真空熔结铁基合金涂层的组织结构分析[J].兵器材料科学与工程,2000,23(5): 30-33.
    [48]李志,曲敬信,吴仲行等.真空熔结镍基合金涂层的组织结构及其高温磨损特性[J].材料工程,2000,(1): 7-12.
    [49]陈传忠,于慧君.王曙光WC/Ni金属陶瓷亚音速火焰喷涂层的微观组织机构[J].陶瓷学报,1999,20(3): 141-143.
    [50]杜挺.稀土元素在金属材料中的一些物理化学应用[J].金属学报,1997,33(1): 69-72.
    [51]陈颢,李惠琪.等离子束表面冶金原位粒子增强铁基涂层的研究[J].材料热处理学报,2006,27(2): 114-118.
    [52]石德珂.材料科学基础[M].北京:机械工业出版社,1999,5: 207.
    [53]刘邦武,李惠琪,孙玉宗.等离子熔覆铁基合金涂层的组织与性能研究[J].材料科学与工艺,2006,14(1): 85-87.
    [54]胡赓祥,蔡珣.材料科学基础[M].上海:上海交通大学出版社,2000,11: 271.
    [55]李军,李文戈,张慧颖.不锈钢基体上激光熔覆原位合成制备TiB2/WC增强镍基复合涂层[J].械工程材料,2008,32(11): 33-37.
    [56]霍影.真空熔结稀土镍基-金属陶瓷复合涂层组织结构与性能的研究[D].合肥:合肥工业大学,2005,2: 23-27.
    [57]颜永根,斯松华,张晖.激光熔覆Co+Ni/WC复合涂层的组织和磨损性能[J].焊接学报2007 (28)7: 21-24.
    [58]袁晓敏龚佑品何宜柱. TiB2对Ni基合金激光熔覆层组织与性能的影响[J].焊接学报,2007,28(5): 41-43.
    [59]王宏宇,许晓静,陈康敏. La2O3对钛合金表面镍基喷焊涂层组织和性能的影响[J].中国稀土学报,2005,23(3): 340-343.
    [60]刘光华.稀土固体材料学[M].北京:机械工业出版社,1997,11: 71~95.
    [61]李安敏,许伯藩,潘应君. La2O3对激光熔覆TiC/Ni基复合涂层的组织和性能的影响[J].钢铁研究学报,2003,15(1): 57-61.
    [62]闵丹.真空熔结稀土镍基合金涂层组织结构与性能的研究[D].合肥:合肥工业大学,2004,2: 30-33.
    [63]宣天鹏,闵丹.稀土对真空熔结Ni基自熔性合金涂层组织结构的影响[J].中国稀土学报,2004,22(4): 5-19.
    [64]王武,何德坪.稀土元素在Al-Mg合金中的分布及对结晶组织的影响[J].中国激光,1990,8(3): 252-256.
    [65]潘应君,许伯藩,张细菊. La2O3对激光熔覆TiC/Ni基复合涂层的影响[J].稀土,2003,24(4): 49-52.
    [66]黄拿灿,胡社军.稀土表面改性及其应用[M].北京:国防工业出版社,2007,7: 246.
    [67]宣天鹏,闵丹,祖国全等.含钇真空熔结NiCrBSi合金涂层组织结构的研究[J].稀有金属材料与工程,2005,34(4): 589-592.
    [68]颜永根,斯松华,张晖.激光熔覆Co+Ni/WC复合涂层的组织和磨损性能[J].焊接学报,2007,7(28): 21-24.
    [69]斯松华,徐锟,袁晓敏.激光熔覆Cr3C2/Co基合金复合涂层组织与摩擦磨损性能研究[J].摩擦学学报,2006,26(2): 125-128.
    [70]王智慧,杨爱弟,张田.真空熔覆WC粒子增强复合涂层中WC溶解行为的研究[J].材料工程,2008,9: 56-58.
    [71]刘喜明.镍基合金+WC激光熔覆层的显微组织形成机理及控制[J].应用激光,2006,26(5): 299-302.
    [72]宁青菊.无机材料物理性能[M].北京:化学工业出版社,2006,1: 126.
    [73]王戬,田文怀,刘小萍.两种镍基合金喷焊层的相分布与热疲劳性能[J].北京科技大学学报,2008,30(11): 1274-1278.
    [74]贺定勇,傅斌友,蒋建敏等.含WC陶瓷相电弧喷涂层耐磨粒磨损性能的研究[J].摩擦学学报,2007,27(2): 116-119.
    [75]束德林.工程材料力学性能[M].北京:机械工业出版社,2003,7: 142.
    [76]杜忠泽,符寒光,杨军.变质处理后Fe-V-W-Mo-Cr合金热疲劳性能的研究金属热处理[J]. 2006,31(41): 21-23.
    [77]张焱,尤显卿,丁峰等.钢结硬质合金热疲劳裂纹萌生扩展机理探讨[J].材料热处理学报,2008,29(5): 81-86.
    [78]韩增祥,王亮.新型金属热疲劳试验机的设计[J].机械工程师,2007,(8): 108-111.
    [79]夏鹏成,陈蕴博,葛学元.热作模具钢热疲劳性能的研究现状与发展趋势[J].金属热处理,2008,33(12): 1-4.
    [80]尤显卿,李健. GJW50钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的研究[J].材料热处理学报,2004,29(5): 74-77.
    [81]廖景娱.金属构件失效分析[M].北京:化学工业出版社,2003,8: 69-77.
    [82]于宝义,李羽,王晋. H13钢热疲劳性能研究[J].模具工业,2007,33(2): 74-77.
    [83]尤显卿,郑玉春,程娟文.热应力作用下碳化钨基钢结硬质合金梯形裂纹的形成机理[J].中国有色金属学报,2003,3(5): 1088-1091.
    [84]李友林,袁超,郭建亭.铸造镍基高温合金K445的热疲劳行为[J].金属学报,2006,42(10): 1056-1060.
    [85]陈建亭,吴晓春,阂永安. SDHZ与8407钢热疲劳性能的对比研究[J].材料热处理学报,2007,(28): 71-74.
    [86]尤显卿.热处理条件对WC/钢复合材料热疲劳性能的影响[J].兵器材料科学与工程,2004,27(6): 23-25.
    [87]尤显卿.显微组织结构对GJW35钢结硬质合金热疲劳性能的影响[J].稀有金属与硬质合金,1999,(6): 22-27.
    [88]于昆,李小娟,薛云.稀土变质及热处理对低铬耐磨铸铁热疲劳裂纹形成的影响[J].热加工工艺,2007,36(9): 56-59.
    [89]司乃潮,郭毅,李国强.稀土Ce对Al-Cu4.5%合金热疲劳性能的影响[J].中国有色金属学报,2006,16(4): 606-611.
    [90]李祖来,蒋业华,周荣. WC/铁基表面复合材料的热疲劳裂纹形成过程[J].复合材料学报,2008,25(2): 21-24.
    [91]王俊英,闫石,焦耀斌.真空熔烧镍基合金-碳化铬复合涂层抗热疲劳性能的研究[J].热加工工艺,2001,(1): 21-24.
    [92]韩增祥.温度对变形高温合金热疲劳性能的影响[J].燃气涡轮试验与研究2007,20(4): 53-57.
    [93] Li M s.High Temperate Corrosion of Metals,Beijin:Metallurgical industry press,2001:349.
    [94] Kang B, Liu X B,Cislou C,Chang K M,Mater Sci Eng,2003,A347:205.
    [95]王娟,王树奇,崔向红. V/C对铸造热作模具钢热疲劳性能的影响[J].铸造,2007,56(3): 251-254.
    [96]曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京:化学工业出版社.2004,4: 69.
    [97]王凤平,康万利,敬和民.腐蚀电化学原理、方法及应用[M].北京:化学工业出版社,2008,3: 110.
    [98]孙跃,胡津,金属腐蚀与控制[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003,3: 26-30.
    [98]周白杨,高诚辉. RE-Fe基合金热喷涂层的耐腐蚀性能[J].中国有色金属学报,2006,16(1): 94-99.
    [100]扈显琦,梁成浩.交流阻抗技术的发展与应用[J].腐蚀与防护,2004,25(2): 56-58.
    [101]余强,司云森,曾初升.交流阻抗技术及其在腐蚀科学中的应用[J].化学工程师,2005(9): 35-37.
    [102]郭金花,吴嘉伟,倪晓俊.电弧喷涂含非晶相的Fe基涂层的电化学行为[J].金属学报,2007,43(7): 780-783.
    [103]赵卫民,王勇,薛锦.超音速火焰喷涂镍基合金层的腐蚀失效过程[J].焊接学报,2005,26(1): 41-48.
    [104]赵卫民,王勇,薛锦.镍基合金涂层包覆钢腐蚀失效过程的电化学阻抗谱研究[J].金属学报,2005,41(2): 178-184.
    [105]曹楚南,张鉴清.电化学阻抗谱导论[M].北京:科学出版社,2002,7: 193-198.

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700