油气田CO2/H2S共存条件下的腐蚀研究进展与选材原则

    综述了CO₂/H₂S共存条件下的腐蚀机理、其影响因素和国内外CO₂/H₂S腐蚀的研究现状与趋势,提出了CO₂/H₂S共存时的选材要求及原则,展望了对CO₂/H₂S腐蚀的研究重点和抗CO₂/H₂S腐蚀钢的研发方向.     

等离子堆焊Ni基合金粉末熔覆层性能研究

采用等离子堆焊技术在Q235钢表面分别堆焊Ni-W-C合金粉末和M—Cr—Mn系复合粉末熔覆层。利用金相显微镜、扫描电镜、C射线衍射仪（XRD）及磨损试验机对两种镍基合金熔覆层的微观组织及耐磨性进行了研究。结果表明，Ni-w．c合金粉末熔覆层显微组织主要为γ-Ni，Cr7C3，WC，（Ni，Fe）3（B，C）等，Ni-Cr-W-Mn系复合粉末熔覆层显微组织主要为γ-Ni，γ-（Ni，Fe），WC，W2C，Mn31Si12，Cr23C6，Cr3C3，NiB，Ni2B等。Ni-Cr-W-Mn系复合粉末较Ni-W-C合金粉末熔覆层耐磨性提高近10倍。Ni-Cr-W-Mn系复合粉末熔覆层通过多元素固溶强化及生成大量金属间化合物提高了熔覆层的硬度及耐磨性。     

激光熔覆纳米La2O3添加镍基合金涂层的耐磨与显微组织研究

本研究以激光工艺制备了添加纳米La2O3初料的镍基涂层。激光熔覆之前,高能球磨机充分混合的Ni60A和La2O3粉床预置于基体30CrMnSiNi2A表面。La偏聚于枝晶间从而限制了二次枝晶的成长和熟化。显微组织得到了细化。由于更高的La富集,涂层上表面显微组织细化更为显著,这一现象的上述解释得到EPMA结果佐证。同时EPMA结果说明Fe稀释会造成涂层硬度降低。熔覆涂层经过RE显微组织细化和净化,硬度、耐磨性均相对基体金属显著提升,而涂层中裂纹和孔隙均未出现。Ni60A-La涂层的摩擦系数曲线COF明显低于基体和Ni60A涂层,Ni60A-La磨擦体积损失率分别少于基体和Ni60A涂层数值的1/10和1/5,显微硬度值是基体4倍。     

激光辅助热喷涂NiCoCrAlYTa/ZrO2/BaF2·CaF2涂层的组织及性能∗

高温耐磨涂层是航空发动机关键摩擦副可靠使用的重要保障,鉴于其服役环境日益严苛复杂,进一步提高涂层的高温耐磨性能是十分必要的。利用激光辅助热喷涂技术制备 NiCoCrAlYTa / ZrO₂ / BaF₂·CaF₂ 高温耐磨涂层,利用 SEM、EDS 分析高温耐磨涂层的横截面微观组织及化学成分,研究 ZrO₂ / BaF₂·CaF₂质量分数、激光功率及扫描速度对耐磨涂层微观组织、力学性能及高温耐磨性能的影响。结果表明：激光辅助处理可以诱导耐磨涂层表面形成具有树枝状结构的 ZrO₂陶瓷层; 当激光功率为 80 W,扫描速度为 8 mm / s,喷涂粉末为 75 wt.% NiCoCrAlYTa+25 wt.% ZrO₂ / BaF₂·CaF₂时,制备涂层的微观组织、综合力学性能及高温耐磨性能达到最好;在此工艺参数下,涂层顶部的 ZrO₂ 陶瓷层最为致密均匀,其平均纳米硬度为 13.6 GPa,平均弹性模量为 182.5 GPa,800 ℃时的磨损率为 2.7×10^?5 mm³ ·N^?1 ·m^?1 。将高温耐磨涂层的组分设计与激光辅助热喷涂工艺相结合,可为提高涂层综合性能的提供解决途径。     

CO2腐蚀的研究现状及其控制措施

    综述了CO₂腐蚀的机理、影响因素及所采取的防护措施.重点归纳和阐明了当前对CO₂腐蚀研究及防护中存在的问题,即腐蚀产物层的存在对腐蚀机理和添加缓蚀剂防腐时所带来的影响.     

Q125级套管钢高频电阻焊接头耐CO2/H2S腐蚀行为

采用SEM,EBSD和电化学等手段研究了Q125级石油套管钢高频电阻焊接头的耐CO₂/H2S腐蚀行为.结果表明,Q125级套管钢高频电阻焊接头处母材的耐腐蚀性能最好,热影响区次之,而焊缝的耐腐蚀性能最差,导致高频电阻焊接头在CO₂/H₂S腐蚀环境中产生了沟槽腐蚀.试验钢焊缝处的大角晶界比例高于母材和热影响区,从而使焊缝区反应速度常数高于母材和热影响区,这是焊缝区腐蚀速率最高的一个重要原因.通过电化学分析表明,焊缝处的电极反应的极化阻力最小,腐蚀反应易于发生;而母材的电极反应的极化电阻最大,腐蚀反应不易进行,这与腐蚀试验所得结果及极化曲线分析结果一致.     

激光熔覆Stellite-6+VC混合粉末的熔覆层组织

用脉冲300 W Nd:YAG激光器、6轴机器人、5 m长的光纤、送粉系统及送粉专用喷嘴,建立了激光机器人熔覆系统.在低碳钢（SM400B）上熔覆Co基合金（Stellite-6）和碳化钒（VC）混合粉末（VC的质量分数变化范围为0~100%）,并对熔覆层的形状和显微组织进行了分析.结果表明,在0~80%范围内随着混合粉末中VC的质量分数增加,VC初晶相的数量随之增加,同时熔深也随之增加;根据混合粉末中VC的质量分数的不同,熔覆层显微组织可分为两种类型,即亚共晶组织和过共晶组织;亚共晶组织由富钴的γ相与共晶组织组成,过共晶组织由初晶VC相与共晶组织组成.     

Ni2Cr(BO3)O2涂层的制备及其红外发射性能

通过喷雾造粒和高温焙烧制备Ni_2Cr(BO_3)O_2粉末后利用等离子喷涂得到一种高红外发射涂层,并研究了该种涂层的红外发射性能。SEM观察涂层的表面、断面形貌,发现涂层与基体结合紧密、无脱落;XRD对焙烧后的粉末物相组成进行了表征,主要以Ni_2Cr(BO_3)O_2为主。对涂层红外波段发射率的测试表明,在0.76~2.5μm波段的发射率为0.896、2.5~14μm波段发射率为0.925,具有优异的红外发射性能。Ni_2Cr(BO_3)O_2晶胞内的畸变、非对称性以及电子转移跃迁是导致Ni_2Cr(BO_3)O_2这种材料具有高红外发射率的主要原因。Ni_2Cr(BO_3)O_2涂层能够经受37次"900℃~水冷"热震循环。该种涂层由于其高红外发射性能、优异的耐热震性能和热稳定性能而具有较高的实用价值。     

等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为

热障涂层在高温服役过程中发生烧结和硬化,是引发涂层开裂和剥离失效的主要因素,因此掌握涂层烧结规律是进行涂层设计制备、寿命预测和工艺优化的前提。 文中采用等离子喷涂技术制备 La₂ Zr₂ O₇热障涂层,在 1250 ℃ 条件下进行涂层高温热暴露试验,表征了涂层高温烧结过程中力学性能的变化规律,从孔隙结构的角度揭示了涂层高温烧结硬化机理。 研究结果表明,喷涂态 La₂ Zr₂ O₇ 涂层为典型的层状结构,硬度为(405±20) HV_0.3 ,高温热暴露后涂层呈现先快后慢的硬化趋势,热暴露 200 h 后涂层硬度提高了 80%。 涂层结构分析表明,涂层物相保持不变,但涂层孔隙率呈现出先快后慢的下降规律。 坐标轴变换处理后发现,硬度和孔隙率均呈现以 10 h 为临界的双阶段特性。 通过对涂层孔隙结构的高温准原位观察,发现涂层孔隙初期多点桥接超快愈合、后期以边界推进方式缓慢烧结的双阶段烧结现象, 从而揭示了 La₂ Zr₂ O₇ 热障涂层分阶段硬化的烧结机理,从而为发展抗烧结高性能热障涂层提供了新的理论依据。     

H2S/CO2环境中L360钢点蚀行为研究

利用静态挂片失重法研究了含H₂S/CO₂模拟油田水溶液中, 温度及Cl^-浓度对L360管线钢点蚀的影响, 并利用Gumbel第一类近似函数分析了最深蚀孔概率. 结果表明, 在40℃~70℃之间, Cl^-浓度为10 g/L条件下, 点蚀的严重程度随温度增高而增大. 恒定温度下, Cl^-浓度对点蚀发生也有明显的影响, 当Cl^-在10×15 g/L范围时, 腐蚀试样发生明显的点蚀; 当Cl^-浓度大于20 g/L时, 试样主要发生均匀腐蚀, 随着Cl^-浓度的增大, 腐蚀产物膜变得更加疏松, 保护性能下降, 均匀腐蚀速率增大. 最深点蚀分布服从Gumbel第一类近似函数.     

TiB2对Ni基合金激光熔覆层组织与性能的影响

采用5 kW CO2激光器在低碳钢表面熔覆Ni基合金层及TiB2/Ni基合金金属陶瓷涂层,研究了两种涂层的组织、显微硬度以及滑动磨损特性.结果表明,Ni基合金层主要组成相为γ-(Ni,Fe),Cr23C6等,TiB2/Ni基合金复合涂层组成相主要有γ-(Ni,Fe),Ni3B,TiB2和TiC等;Ni基合金层由发达γ-(Ni,Fe)枝晶和其间共晶组织所组成,TiB2/Ni基合金复合涂层典型组织为等轴固溶体以及其间细小共晶组织;TiB2对熔覆层的组织有显著的影响,使熔覆层组织细化,并由树枝晶转变为等轴晶;加入TiB2可显著提高Ni基合金涂层的显微硬度及耐磨性能.     

稀土Y2O3对6063Al激光熔覆镍基熔覆层耐磨性的影响

利用激光熔覆技术,在6063铝合金表面制备了添加有不同含量Y₂O₃的Ni60合金熔覆层,并对熔覆层进行了耐磨性试验. 通过分析熔覆层组织、熔覆层表面磨痕形貌、磨损量及摩擦系数,研究Y₂O₃含量对铝合金表面激光熔覆Ni基涂层耐磨性能的影响. 结果表明,添加5%Y₂O₃的Ni60熔覆层组织呈现明显的网状分布的枝晶和细小的等轴晶,稀土Y₂O₃可以改善铝合金表面Ni60熔覆层的组织,促进晶粒细化和成分分布均匀;添加稀土Y₂O₃的Ni60基熔覆层较Ni60熔覆层的磨损面崩损程度减小了,摩擦稳定性得到提高;随着稀土含量提高,熔覆层的磨损量减小,但Y₂O₃含量高于5%时磨损量基本不会大幅变化;5%Y₂O₃+Ni60熔覆层具有良好的磨损形貌、较低的磨损量以及较稳定的摩擦系数,其熔覆层的耐磨性是Ni60熔覆层的6.1倍,是6063Al合金基体耐磨性的20.1倍.     

激光熔覆层与等离子喷焊层凝固组织对比及界面特征

通过对气门密封面等离子喷焊基体上进行激光熔覆处理试样的分析,探讨了等离子喷焊层与激光熔覆层的凝固组织特征以及界面区域组织变化.结果表明,在等离子喷焊层基体上生长起来的激光熔覆层的组织更加细小,两层之间呈冶金结合,具有明显的组织遗传性.通过该实验,从微观组织方面证明了对气门密封面进行激光熔覆修复的可行性.     

高强铝合金激光粉末焊接过程

采用CO2激光(slab)系统进行了高强铝合金的激光填粉焊接,分析了激光与粉末相互作用的5个阶段过程;研究了填充合金粉对CO2激光焊接功率阈值、焊缝成形和焊接过程稳定性的影响.试验表明,合金粉末可以提高焊接过程中激光能量的有效利用率;激光深熔焊接时的临界功率密度明显降低,粉末束流只有作用在光致等离子体的恰当区域才能有效地进入熔池;在一定送粉量下,匹配适当的功率密度和热输入,才能保证得到理想的焊缝.高速摄像图片显示了激光支持的燃烧波及焊接中的过程孔洞,并且合金粉末还可以减弱等离子体的膨胀跳动,有利于获得较为稳定的焊接过程和理想的焊缝成形.     

等离子熔覆Mo/Ni基合金涂层的组织结构及耐磨性能

应用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)以及滑动磨损实验,研究不同Mo加入量对等离子熔覆镍基合金涂层组织结构和性能的影响。结果表明,熔覆层主要是由面心立方结构的(γNi,Fe)固溶体、六方结构的M7(C,B)3和四方结构的Cr2B等物相构成,在镍基固溶体中存在明显的成分偏析。Mo的加入没有改变熔覆层的相结构,但硼碳化物的相对含量却有所提高,成分偏析逐渐减弱,直至消失,并且促进了等轴晶的形成。Mo的加入可以提高熔覆层的耐磨性能,当其加入量在6%以内时,随着Mo加入量的提高,熔覆层的耐磨性逐渐提高。但是,当加入量达到8%时,耐磨性能开始降低。     

TiO2对高硬度镍基合金激光熔覆层组织的影响

在45钢表面进行了对高硬度镍基合金粉末添加TiO2的激光熔覆试验。利用扫描电镜、电子探针和X射线衍射仪对激光熔覆层的显微组织进行了分析，测试了熔覆层的显微硬度。结果表明，G112 (质量分数，％)4TiO2涂层组织由细小的树枝状或花朵状碳、硼化物多元共晶体 细小颗粒相 韧性基体相组成，加入适量的TiP2，能够均匀细化涂层组织，抑制涂层中粗大的块状脆性相的产生，提高涂层中韧性相成分分数，降低涂层的裂纹敏感性，且涂层的硬度分布均匀，平均硬度750HV0．3。     

Investigation of microstructure of laser cladding Ni-WC layer on Al-Si alloy

A plasma-sprayed Ni-WC layer was deposited on an Al-Si cast alloy surface, and then it was further melted by a 5 kW CO₂ laser. The microstructure and chemical composition of the laser-melted zone were investigated, and the microhardness in different parts was measured. Experimental results showed that the chemical composition of the sample was not uniform. Compositional segregation in the laser-melted zone was found. Some amorphous structure appeared in the nickel-rich locations after laser melting. Owing to the thermal effect of the laser scanning, an intermediate-phase Ni₃Al segregated from this region and formed Ni₃Al grains and amorphous grains. Some WC particles melted in the matrix, and chromium carbide Cr2;|C6 and (Cr,W)C separated during the cooling process. The highest microhardness (1027HV) was found in the high-nickel region.     

半导体与CO_2光斑模式下激光熔覆工艺

为了研究不同光斑模式的激光热源熔覆镍基合金效果的差异,分别采用矩形大光斑半导体激光与圆形小光斑CO_2激光在Q235低碳钢表面上进行镍基合金单道熔覆试验。通过相同条件下单道熔覆试验,对比分析不同光斑模式的激光获得的熔覆层尺寸、稀释率以及成形系数随激光功率及扫描速度的变化;还分析了矩形大光斑半导体激光热源与传统圆形小光斑CO_2激光热源的差异。结果表明,在相同工艺参数下,矩形大光斑半导体激光获得的熔覆层尺寸、稀释率及成形系数明显优于传统CO_2激光。     

激光熔覆原位合成Cop/Cu复合涂层

采用激光熔覆快速凝固技术,原位合成了C为p/Cu复合材料涂层,应用扫描电镜及能谱附件研究了激光工艺参数对涂层显微组织的影响.结果表明,激光熔池大的过冷度条件,有利于Cu-Co合金的液相分离.在优化的激光熔覆工艺条件下.可原位合成表面光滑、均匀连续的致密Cop/Cu复合涂层,涂层组织由大量细小的均匀分布在铜基固溶体基体上的富γ-Co球形颗粒组成.随着热输入的降低,颗粒相的尺寸得到细化.对Cop/Cu复合涂层组织的形成和细化机理进行了分析.