Effekt av nitrering på mikrostruktur och slitstyrka hos laserbeklädnad (NiCr) 92-x Mo8Tix-beläggning

Slitage och korrosion är två viktiga orsaker till ytfel på material. Ytförstärkningstekniker som kemisk värmebehandling, laserbeklädnad, ångavsättning, elektroplätering och sprayning kan dock effektivt förbättra slitstyrkan på metallytor. För närvarande är nitreringsbehandlingsteknik och laserbeklädnadsteknik vanliga förstärkningsmedel och har använts i stor utsträckning inom offshoreindustrin, flyg, kärnkraft och andra områden. FeCrNiMo-beläggningen förbereddes med laserbeklädnadsteknik. Det visade sig att i form av ringblocksfriktionsslitage var huvudmekanismen för beklädnadslagret nötande slitage och oxidationsnötning. I form av kula och skiva fram- och återgående friktion och slitage domineras beklädnadslagret av oxidationsslitage och utmattningsnötningsmekanism.

Den traditionella nitreringsprocessen har problemen med lång tid och låg effektivitet. För att förbättra nitreringseffektiviteten och minska det spröda nitreringsskiktet och ytterligare förbättra nötningsbeständigheten hos högnitreringsskiktet, står huvudproblemen för närvarande inför.

Bindningskraften hos Ti och N är mycket stark. Tillsats av lämplig Ti kan öka ythårdheten och djupet på nitreringsskiktet och förbättra nitreringseffektiviteten. Samtidigt har Ti effekten av att förädla korn, vilket kan förbättra segheten hos skiktet med hög nitrering. Därför, i denna artikel, olika Ti-innehåll (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2, effekterna av Ti-innehåll på mikrostrukturen, hårdheten, slitstyrkan och korrosionsbeständigheten hos Ni-Cr-Mo- Ti-laserbeklädnad och plasmanitrerande kompositskikt studerades.Möjliga slitage- och korrosionsmekanismer diskuterades för att ge teoretisk och experimentell grund för att förbättra beläggningens slitage och korrosionsbeständighet.

304SS valdes som basmaterial, Ni, Cr, Mo, Ti metallpulver med en renhet högre än 99,95 mass% och en partikelstorlek på 48 ~ 74 μm valdes. Vägning utfördes enligt molförhållande (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 och 4 at%). För att förenkla beskrivningen namngavs de förberedda beläggningarna S1 respektive S2, och kroppssammansättningen visades i tabell 1. Pulvret placeras i en vakuumbehållare av rostfritt stål, den rostfria kulan används som slipkula i 6 h, och det malda pulvret torkas i en vakuumtorkugn vid 60 grader i 24 timmar. Legeringspulvret med en tjocklek av 2 mm belades på ytan av matrisen med den förinställda pulvermetoden, och den optiska fiberhalvledarexizern (LSJG-BGQ-2000) med en maximal uteffekt på 2 kW användes för beklädnad. Effekten är 2,0 kW, skanningshastigheten är 30 mm/min, överlappningshastigheten för flerkanalsbeklädnad är 40 % ~ 50 %, och Ar-gasen leds in i AR-gasen med en hastighet av 15 L/min. Proverna nitrerades av en vertikal hjälpuppvärmningsjonnitreringsugn (FD-WR60/80) med arbetsspänning på 720 V, vakuumgrad på (350 ± 10) Pa, nitreringstemperatur på 540 grader och hålltid på 8 timmar. Provnamnen var 304-N, S1-N och S2-N efter nitrering, när N2 och H2 injicerades i förhållandet 1:5.

Tabell 1 Kemiska sammansättningar av (NiCr) 92-x Mo8 Tix-beläggningar (at%)

Provet skars till 10 mm × 5 mm testblock med en trådskärmaskin, polerades och polerades till guldfasstandarden och korroderades med king water (HCl ∶ HNO 3=3 ∶ 1). Fassammansättningen av provet analyserades med D/MAX-2500PC röntgendiffraktometer (XRD). Cu K-målet (λ=0.15405 nm) används som strålningskälla, rörspänningen är 40 kV, rörströmmen är 100 mA och avsökningsvinkeln är 20 grader ~ 100 grader. Svepelektronmikroskopi (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) och energidispersiv spektroskopi (EDS) användes för att analysera beläggningens mikrostruktur, kemiska sammansättning och nitreringstjocklek. En Vickers hårdhetstestare (HVS-1000) användes för att mäta mikrohårdheten på beläggningsytan och från toppen av beläggningen till substratet med en belastning på 100 g och en laddningstid på 15 s. En fram- och återgående kul- och plåtfriktions- och slitagetestmaskin (Rect MFT-5000) användes för att testa beläggningens slitlinje enligt följande: belastningsbelastningen var 20 N, slittiden var 10 min, och slipmaterialet var Al2O3-kula med en rak diameter på 9,8 mm. Friktionskoefficienten (COF) registrerades samtidigt, och nötningsmorfologin analyserades med BRUKER Contour GT-K1 och SEM. Korrosionsbeteendet hos beklädnadsbeläggningen och nitreringsytan testades med det traditionella systemet med tre elektroder. Testutrustningen var Gmary Reference 3000 elektrokemisk arbetsstation. Testytan användes som arbetselektrod, den mättade kalomelelektroden (SCE) användes som referenselektrod och platinaelektroden användes som motelektrod. Elektrolyten är 3,5 mass-% NaCl-lösning. Provet blötlades i 1 mol/L HCl-lösning i 24 timmar, tvättades lätt med vattenfri alkohol och torkades, och korrosionsmorfologin observerades med SEM.

1) (NiCr) 92-x Mo8 Tix-beklädnadsskikt består huvudsakligen av FCC-fas, σ-CrMo-fas och en liten mängd Cr2Ti-fas. Bildandet av (Cr,Ti) N-fas efter nitreringsbehandling. Med ökningen av Ti-innehållet ökar halten av (Cr,Ti) N-fas och tjockleken på nitreringsskiktet ökar.

2) Med ökningen av Ti-innehållet ökar beläggningens hårdhet, upp till 531 HV0.1. Efter nitreringsbehandling ökas beläggningens hårdhet kraftigt, och den högsta är 1258 HV0.1. Friktionskoefficienten, bredden och djupet av slitagemärken och slitagevolymen för 304SS är mycket mindre än för den icke-nitrerande beläggningen och den nitreringsbehandlingen. Slitmekanismen ändras från adhesivt slitage till abrasivt slitage, och slitstyrkan förbättras avsevärt.

3) Korrosionsströmtätheten (Icorr) för den nitrerande beläggningen är mycket lägre än den för den icke-nitrerande beläggningen och 304SS efter nitrering, och inget gropfrätningsfenomen inträffar. Bland dem har S1-N bättre korrosionsbeständighet i 3,5 massprocent NaCl-lösning. Resultaten av nedsänkningskorrosionstest visar att det endast finns små korrosionsmärken på ytan av beläggningen efter nitrering, och korrosionsbeständigheten förbättras.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. är ett högteknologiskt företag som specialiserat sig på FoU, tillverkning och försäljning av automatisk laserbeklädnadsmaskin, höghastighetslaserbeklädnadsmaskin, lasersläckningsmaskin, lasersvetsmaskin och laser 3D-utskriftsutrustning. Våra produkter är kostnadseffektiva och säljs inrikes och utomlands. Om du är intresserad av våra produkter, vänligen kontakta oss på bob@gshenglaser.com.