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SCH13钢表面微弧火花沉积与熔覆强化技术的研究

作 者: 周公友
导 师: 张春华;张松
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 材料学
关键词: SCH13钢 微弧火花沉积 Stellite合金 定向外延生长 高温氧化性能
分类号: TG174.44
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


在现代工业中,耐热钢由于其良好的抗氧化性和耐热性以及足够的高温强度而广泛应用于众多高温下工作的热端零部件。SCH13耐热钢常用于电炉炉底板、冶金行业连退连轧生产线和高温炉底辊的制造生产,但由于其耐磨性较差,进而限制了部件的使用寿命。微弧火花沉积技术的发展,为耐热钢表面强化涂层的制备、修复及再制造提供了有效的手段。本文采用高能微弧火花沉积技术在SCH13钢表面制备Stellite合金涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X-射线衍射仪等对沉积层的显微组织形貌、成分及结构进行分析,并对微弧火花沉积斑的形成与生长机制进行重点研究。采用数显显微硬度计对沉积层硬度进行分析。同时通过高温氧化实验,对试样的抗高温氧化性能进行了系统的分析研究。试验结果表明,高能微弧火花作用下Stellite合金单脉冲沉积斑呈飞溅状,大量单脉冲斑的不断叠加最终形成具有一定厚度的沉积涂层。微弧火花沉积层依附于基体的界面以柱晶组织呈外延生长,并与基体存在良好的冶金结合,涂层稀释率较低,主要由γ-Co固溶体和Cr的碳化物组成。由于温度梯度和凝固速率的影响,随着微弧火花沉积工作电压的增加,沉积层显微组织略有粗化。沉积层平均硬度较Stellite合金电极材料及SCH13钢基体材料有显著提高,Stellite 6合金涂层的平均硬度约为600700HV,其平均硬度比Stellite 21高出200HV左右,较基体提高了3倍多。随着微弧火花沉积电压的增加,两种合金沉积层硬度均有减小的趋势。在900℃、80h高温氧化条件下,两种Stellite合金沉积层表面膜中主要为Cr的氧化物,而SCH13钢表面主要形成了Fe2O3与尖晶石结构相NiCr2O4,SCH13钢基体、Stellite 6和Stellite 21涂层的氧化增重分别为1.375mg/cm2、0.548mg/cm2和0.785mg/cm2。两种Stellite合金沉积层的抗氧化性能均优于SCH13钢,Stellite 6合金涂层的抗氧化性能最佳。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 耐热钢的特性及应用  11-13
  1.2 耐热钢的损伤及失效  13-14
    1.2.1 扩散蠕变  13-14
    1.2.2 位错滑移蠕变  14
  1.3 几种常用耐热钢的表面强化方法  14-16
    1.3.1 化学表面热处理工艺  14-15
    1.3.2 热喷涂与热喷焊  15
    1.3.3 激光熔覆与合金化  15-16
    1.3.4 微弧火花沉积涂层  16
  1.4 微弧火花沉积工艺的发展概况  16-20
    1.4.1 微弧火花沉积工艺的发展  16-17
    1.4.2 微弧火花沉积涂层的原理  17-18
    1.4.3 微弧火花沉积工艺的特点  18
    1.4.4 微弧火花沉积工艺的应用现状  18-20
    1.4.5 微弧火花沉积工艺的前景与展望  20
  1.5 目前几种常用的微弧火花沉积材料  20-23
    1.5.1 司太立合金  20-22
    1.5.2 镍钛合金  22
    1.5.3 WC-Co 合金  22-23
  1.6 本研究课题的目的及意义  23-24
    1.6.1 本课题研究的目的  23
    1.6.2 本课题研究的意义  23-24
第二章 实验材料及研究方法  24-27
  2.1 实验材料  24
    2.1.1 基体材料  24
    2.1.2 涂层材料  24
  2.2 实验设备  24-25
  2.3 实验方法  25-27
    2.3.1 微弧火花沉积试样的制备  25-26
    2.3.2 微弧火花沉积层的组织结构检测分析  26
    2.3.3 微弧火花沉积层的性能检测  26-27
第三章 实验结果与分析  27-53
  3.1 Stellite 合金微弧火花沉积层的组织形貌  27-34
    3.1.1 Stellite 合金沉积层的宏观形貌分析  27-28
    3.1.2 Stellite 合金单脉冲沉积斑表面形貌  28-29
    3.1.3 Stellite 合金沉积层的显微组织形貌  29-33
    3.1.4 Stellite 合金沉积层内元素的分布  33-34
  3.2 Stellite 合金沉积层的相结构分析  34-35
  3.3 Stellite 合金沉积层的显微硬度  35-39
    3.3.1 不同工作电压下Stellite 合金沉积层的显微硬度分析  35-38
    3.3.2 不同沉积材料的显微硬度分析  38-39
  3.4 SCH13 钢表面Stellite 合金沉积层的高温氧化行为  39-53
    3.4.1 金属表面的高温氧化行为  39-41
    3.4.2 SCH13 钢表面Stellite 合金沉积层的高温氧化动力学  41-43
    3.4.3 SCH13 钢表面Stellite 合金沉积层的高温氧化膜的组织形貌  43-47
    3.4.4 SCH13 钢表面Stellite 合金沉积层的高温氧化膜相结构  47-51
    3.4.5 SCH13 钢表面Stellite 合金沉积层的高温氧化机制  51-53
第四章 结论  53-54
参考文献  54-57
在学研究成果  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 金属复层保护
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