氮合金化堆焊硬面合金的耐腐蚀性能研究

在马氏体不锈钢中加入氮合金,并通过铌、钒、钛固氮形成氮合金化堆焊硬面合金,进行了电化学腐蚀和化学侵蚀实验,研究了硬面合金的耐腐蚀性能。结果表明:堆焊硬面合金的氮合金化,抑制了铬的碳化物的析出,有效增强了钝化膜的稳定性,使硬面合金的自腐蚀电位从-345mV提高到-264mV,增强了堆焊硬面合金抗电化学腐蚀性能;氮合金化堆焊硬面合金均匀细小的组织形态,使得在FeCl3溶液中发生点蚀的蚀坑小且分散,提高了硬面合金的耐腐蚀性能。     

CrMoV合金堆焊层组织结构及抗冲蚀磨损性能研究

采用手工电弧焊工艺在20钢基体表面制备CrMoV合金堆焊层进行相组成、显微组织、耐冲蚀磨损性能及冲蚀磨损机理研究。结果表明,堆焊层数增加母材稀释率减小,堆焊层显微组织主要为马氏体、残余奥氏体及合金碳化物。第二、三堆焊层显微硬度最高,堆焊层平均显微硬度达780 HV,为基体硬度的4倍多。在所有冲蚀角度范围内,CrMoV合金堆焊层耐泥沙冲蚀磨损性能优于20钢;冲蚀角度小于30°时冲蚀磨损机制以微切削为主,大于30°时以疲劳损伤及局部塑性变形为主;砂粒粒径增加,堆焊层及20钢的冲蚀磨损率均有所增加,但不与粒径的增加值成正比。     

CrMoV和CrNi堆焊涂层耐泥沙冲蚀磨损性能研究

利用自制的冲蚀磨损试验装置,对水力机械过流部件堆焊修复中常用的CrMoV和CrNi合金堆焊涂层进行了液固两相流冲蚀磨损性能研究。结果表明:在低角度冲蚀磨损条件下,CrMoV合金堆焊涂层表现出优于CrNi合金堆焊涂层的耐泥沙冲蚀磨损性能,堆焊层硬度是耐泥沙冲蚀磨损的主要因素;在高角度冲蚀磨损条件下,CrNi合金堆焊涂层表现出比CrMoV合金堆焊涂层更好的耐泥沙冲蚀磨损性能,堆焊层组织的断裂韧性是主要因素;冲蚀磨损量随冲蚀速率增加而显著增加,冲蚀磨损率取决于冲蚀磨粒的能量。     

固体粒子冲蚀微切削模型的数值模拟研究

气动运输的管道内壁受到粒子冲击会产生冲蚀磨损,通常利用微切削模型来预测其寿命周期。利用ABAQUS/CAE建立塑性材料微切削过程的有限元模型,通过对切削过程中粒子受力分析,研究了冲蚀角和冲蚀速度对磨损率与冲蚀角关系曲线的影响,确立了微切削模型适用的冲蚀角范围。     

电沉积Ni-P非晶合金的冲蚀-腐蚀磨损行为

采用MSH型腐蚀磨损实验机,通过改变水砂两相流的冲击速度、含砂量和固相粒径等环境因素,研究了电沉积Ni-P非晶合金的冲蚀-腐蚀磨损行为。结果表明,电沉积Ni-P非晶合金的冲蚀失重率和冲蚀-腐蚀失重率均随着冲击速度、含砂量和固相粒径的增加而增大。与AISI 304不锈钢相比,电沉积Ni-P非晶合金冲蚀失重率和总失重率较高,但腐蚀失重率较低,也表现出了良好的抗冲蚀-腐蚀磨损性能。棒状Ni-P非晶合金镀层的冲蚀-腐蚀磨损,正面以砂粒挤压锻打造成的唇片和断裂为主,侧面以切削和犁削为主。     

硅酸盐封孔剂对热喷涂304不锈钢涂层高温冲蚀磨损性能的影响

采用热喷涂工艺制备的涂层常存在不少孔隙。为了弥补孔隙带来的抗腐蚀、冲蚀性能下降等问题,采用高速电弧在Q235钢基体上热喷涂304不锈钢涂层,采用封孔剂来处理热喷涂工艺带来的涂层孔隙,用碱金属硅酸盐基料、云母粉和SiO₂纳米颗粒为填料制备封孔剂,并用刷涂法对涂层进行封孔处理,研究了封孔层和喷涂层的抗高温冲蚀磨损性能。采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分别对喷涂层、封孔层的微观形貌和成分进行分析,研究喷涂层、封孔层在25,650℃温度下的冲蚀磨损性能和机理,并利用试验冲蚀磨损量估算了封孔层、喷涂层的冲蚀磨损寿命。结果显示：封孔层未见内部裂纹,与喷涂层结合紧密,但内部存在较多孔洞。封孔层在低攻角下的冲蚀磨损性能要好于未封孔的喷涂层。随着冲蚀温度由25℃升高至650℃,封孔层的冲蚀磨损量提高约20%,降低了封孔层的冲蚀磨损性能。封孔层、喷涂层的冲蚀磨损机理为低攻角下的犁沟、切削共同作用,以及高攻角下的挤压破坏。在冲蚀低攻角下,封孔层相比喷涂层具有更好的抗冲蚀磨损性能,在一定程度上封孔层能有效增强喷涂层的抗冲蚀磨损性能。     

不锈钢材料高温冲蚀磨损性能与机理

为弄清磨粒对工业设备常用材料304不锈钢的冲蚀磨损情况,采用自行设计的气流喷砂式高温磨损试验机,对其进行不同温度下的冲蚀磨损。分析了温度、冲蚀角度、磨粒粒径以及磨粒速度对其冲蚀磨损率的影响,并分析了其冲蚀磨损机理。结果表明:温度对冲蚀磨损率有显著影响,304不锈钢表面氧化膜在400℃时抑制了磨粒的冲蚀,高温下金属塑性升高降低了高角度下磨料的冲击破碎作用,但低角度下抗微切削能力下降;冲蚀磨损率随磨粒粒径的减小先增大后减小再增大,随磨粒速度增大而增大;磨粒对试样表面的低角度微切削和高角度冲击破碎作用是材料冲蚀磨损的主要机理,304不锈钢表面的冲蚀磨损主要来源于微切削作用。     

金属及陶瓷材料冲蚀研究的进展

固体颗粒冲击材料表面造成的冲蚀磨损，受入射粒子及靶材性能等多种因素影响；本文综述了金属材料的微切削、挤压锻造、变形磨损及脱层冲蚀磨损模型和陶瓷材料的弹塑性、准静态及晶粒弹射等冲蚀模型，以及由于入射粒子碎裂引起的二次冲蚀模型，并讨论了冲蚀的影响因素。     

内燃机用Ti600钛合金表面阴极离子镀制备AlCrVN 涂层及其性能研究北大核心CSCD

选择阴极电弧离子镀方在内燃机用Ti600钛合金表面制备AlCrVN涂层,并进行组织,力学性能和实验冲蚀磨损性能测试分析。研究结果表明:涂层和基底之间具有均匀的致密组织结构,其厚度约等于4.5μm。AlCrVN涂层内除了含有AlN相以及CrN相以外, AlN相以(101)晶面进行择优生长。涂层内部形成了一些断续的小凹坑,并在小凹坑边缘位置出现一定数量的微裂纹,涂层发生了破裂的现象并生成了一些剥离微片。AlCrVN涂层具有比基体更高的硬度与弹性模量,这使得整体结构能够有效抵抗外部粒子的微切削冲击作用。经过480 s冲蚀之后,AlCrVN涂层形成了5.26μm深度的冲蚀坑。AlCrVN涂层在抗冲蚀磨损能力方面达到了基体材料的近9倍。经过垂直冲击后,试样基体表面形成了大量凹坑,表现出塑性冲蚀特征。     

内燃机用Ti600钛合金表面阴极离子镀制备AlCrVN 涂层及其性能研究

选择阴极电弧离子镀方在内燃机用Ti600钛合金表面制备AlCrVN涂层,并进行组织,力学性能和实验冲蚀磨损性能测试分析。研究结果表明:涂层和基底之间具有均匀的致密组织结构,其厚度约等于4.5μm。AlCrVN涂层内除了含有AlN相以及CrN相以外, AlN相以(101)晶面进行择优生长。涂层内部形成了一些断续的小凹坑,并在小凹坑边缘位置出现一定数量的微裂纹,涂层发生了破裂的现象并生成了一些剥离微片。AlCrVN涂层具有比基体更高的硬度与弹性模量,这使得整体结构能够有效抵抗外部粒子的微切削冲击作用。经过480 s冲蚀之后,AlCrVN涂层形成了5.26μm深度的冲蚀坑。AlCrVN涂层在抗冲蚀磨损能力方面达到了基体材料的近9倍。经过垂直冲击后,试样基体表面形成了大量凹坑,表现出塑性冲蚀特征。     

井口除砂器抗冲蚀性能评价分析

含砂天然气对井口除砂器部件会造成严重的冲蚀进而降低开采效率,并且留下安全隐患。针对除砂器关键部件冲蚀严重的问题,从冲蚀角度和热处理2个方面研究其关键部件的耐冲蚀材料42CrMo、45钢、2Cr13、20CrMnTi和H13(4Cr5MoSiV1)的抗冲蚀性能。首先搭建冲蚀试验平台进行了冲蚀模拟试验,其次利用扫描电镜观察靶材冲蚀后的微观形貌,探讨冲蚀磨损机理。结果表明：当冲蚀角在30°～90°时,冲蚀率随冲蚀角的增加而减小;并非所有材料经热处理都能提高抗冲蚀性能;调质状态的2Cr13的抗冲蚀性能最优;调质状态的2Cr13、45钢和出厂状态的H13倾斜冲击时磨损形式以切削为主,垂直冲击时磨损形式为磨料冲击使靶材发生塑性变形而脱落为主。本试验为除砂器耐蚀件选材提供了参考。     

超高分子量聚乙烯的冲蚀磨损

用气流喷砂到冲依试验装置测试了超高分子量聚乙烯（UltraHighMolecularWeightPolyethylen）的冲蚀磨损佳能．考察了冲蚀粒子的入射角、速度、粒子的硬度对冲蚀磨损的影响．用扫描电子显微镜观察冲蚀后报表面形统指出：在高角冲蚀时，摩根机理主要为塑性变形和显微裂纹；在低角冲蚀时，磨损机理主要为显微切削和显微犁耕．冲蚀磨损机理与冲蚀粒子有关．     

超高分子量聚乙烯的剖蚀磨损

用气流喷砂型冲蚀试验装置测试了超高分子量聚乙烯（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）的冲蚀磨损性能，考察了冲蚀粒子的入射角，速度，粒子的硬度对冲蚀磨损的影响，用扫描电子显微镜观察冲蚀磨损表面形貌，指出：在高角冲蚀时，磨损机理主要为塑性变形和显微裂纹；在低角冲蚀时，磨损机理主要为显微镜切削和显微犁耕冲蚀磨损机理与冲蚀粒子有关。     

Ti_2AlNb合金等离子渗碳及其抗冲蚀性能的研究

通过双辉等离子渗金属技术对Ti2Al Nb合金进行等离子渗碳,采用扫描电镜、X射线分析和线扫描等手段来分析渗碳层的微观形貌、元素分布和表面相组成,并且利用冲蚀磨损试验来对比两者的抗冲蚀磨损性能。结果表明,等离子渗碳可以在基体表面形成一个大约30μm的渗碳层;基体显微硬度为393 HV0.1,渗碳层的硬度则达到979 HV0.1;Ti2Al Nb合金抗冲蚀磨损能力在渗碳后有了明显提升。     

1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢表面等离子堆焊司太立熔覆层的组织及性能

为提高1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢的耐水蚀性能,采用等离子堆焊方法在其表面制备司太立熔覆层。研究了涂层的显微组织和显微硬度分布,分析了涂层的抗微粒冲蚀性能和耐水蚀性能。结果表明:司太立熔覆层与基体材料冶金结合良好,熔覆层组织细小、分布均匀,基体为枝晶状Co-Cr固溶体,枝晶间较均匀地分布着黑色碳化物,主要为M7C3和少量WC颗粒;司太立熔覆层的平均显微硬度(382.38 HV4.9 N)约为基材平均硬度(195.29HV4.9 N)的1.96倍,最高硬度值达到了421.00 HV4.9 N;堆焊第2层的硬度明显高于第1层的;司太立熔覆层合金的抗微粒冲蚀性能优于基材,其水蚀速度比基材小,在基材1Cr12Ni2W1Mo1V上堆焊司太立合金能有效提高其耐水蚀性能。     

SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁双连续相复合材料的气固两相流冲蚀性能

将SiC泡沫陶瓷氧化后用挤压铸造法制备了SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁(DI)双连续相复合材料(SiC_foam/DI)。使用气固两相流冲蚀磨损试验机对比研究了冲蚀时间(t)、粒子速度(ν)和冲蚀角度(α)对SiC颗粒/球墨铸铁复合材料(SiC_p/DI)、SiC_foam/DI复合材料和DI冲蚀性能的影响，并分析了冲蚀机理。结果表明：随着冲蚀时间的增加三种材料的冲蚀速率逐渐减小并趋于稳定；随着粒子冲击速度的提高DI的冲蚀速率逐渐增加，冲蚀速率与ν^2.95成正比；在冲击速度小于87.5 m/s时SiC_p/DI和SiC_foam/DI复合材料的冲蚀速率相近，冲击速度大于87.5 m/s时SiC_p/DI复合材料的冲蚀速率明显地比SiC_foam/DI复合材料的高。随着冲蚀角度的增大DI呈现出脆性材料的冲蚀特征，SiC_p/DI和SiC_foam/DI表现出典型的塑性材料的冲蚀特征，最大冲蚀速率对应的冲蚀角为45°。低角度时DI的冲蚀机理为微切削，高角度时为冲蚀坑和微裂纹。用高速粒子冲击时，由于SiC泡沫陶瓷的整体增强作用和阴影保护效应，SiC_foam/DI比SiC_P/DI和DI具有更高的抗冲蚀磨损性能。     

42CrMo连铸辊堆焊硬面层的高温磨损行为

为了探明堆焊硬面层的高温磨损行为,采用高温磨损试验机测试了42CrMo连铸辊表面堆焊414N硬面层在400,500,600 ℃下的高温磨损性能,通过SEM/EDX和XRD表征分析了温度对硬面层磨损机制和性能的影响.结果 显示:温度由400℃升高到500℃,磨损性能快速下降,500,600℃下的平均磨损深度分别约为400℃下的2.1和2.5倍.400℃时,414N硬面层的高温磨损机制为氧化磨损、磨屑磨损和少量氧化物剥落磨损;而500,600℃时,硬面层的磨损机制转变为氧化磨损和氧化物剥落磨损.在高温磨损时,硬面层的氧化表层都由α'-Fe、立方结构和六方结构的(Fe,Cr)2O3三相组成.磨损温度≥500 ℃时,磨痕中白亮氧化物大幅减少,Cr在暗黑色氧化物中的含量明显下降.氧化皮的相组成和Cr的含量是决定硬面层高温磨损方式和性能的重要因素.     

4Cr5MoVSi钢氮化层组织结构的研究

以金相、透射电镜,电子衍射、X射线衍射及微区成分分析等综合方法研究了4Cr5MoVSi钢渗氮层中氮化物的类型、分布、形貌及微区成分沿渗层的变化规律。结果表明,化合物层的ε、γ基体上弥散析出CrN、Mo_2N和VN合金氮化物。扩散层内弥散析出的合金氮化物多分布在碳化物较多的原马氏体界面及碳化物与α的边界上。脉状组织形成的原因是合金元素和氮原子在原奥氏体晶界偏聚形成合金氮化物。控制渗氮工艺可减轻脉状组织为细小的颗粒状。由于大量氮原子溶入合金化的α相,使α晶胞膨胀晶面间距增大。     

电沉积镍合金的冲蚀-腐蚀磨损研究

采用MSH型腐蚀磨损试验机研究了电沉积纯Ni、Ni-P非晶合金、Ni-W-P非晶合金的冲蚀-腐蚀磨损行为,并结合电化学测量系统研究了上述材料冲蚀与腐蚀之间相互促进机理。结合XRD分析了冲蚀前后电沉积镍合金的相变行为。结果表明：冲蚀-腐蚀磨损试验前后,电沉积镍合金镀层的硬度都增加;Ni-P非晶合金受到冲击后,镀层明显的发生了由非晶向微晶的转变;镍合金在含盐砂浆中的腐蚀性能随着工况的不同而不同,试样在含盐砂浆中的冲击速度由0增加到3.14ms-1时,三种材料的腐蚀速率都减小,之后随着冲击速度的增大,试样腐蚀速度增加;镍及镍合金材料的冲蚀-腐蚀磨损失重都以冲蚀失重为主,试验条件下冲蚀与腐蚀的交互作用最高能使材料的冲蚀-腐蚀磨损失重增加42%。     

Si元素对明弧堆焊奥氏体合金组织及耐磨性的影响

为获得以奥氏体为基体且韧性及耐磨性良好的明弧堆焊合金,采用药芯焊丝自保护明弧焊方法制备了以奥氏体为基体的Fe-C-Mn-Cr-Nb-V-Ti系多元耐磨合金,借助X射线衍射仪、扫描电镜及其附属能谱仪等测试手段,研究了Si含量对其组织和耐磨性的影响。结果表明:堆焊合金基体为γ-Fe,硬质相有(Fe,Cr,Mn,V)_(23)C_6,(Nb,Ti)C和(Fe,Cr)_3(C,B)等;当堆焊合金含1.5%Si(质量分数)时,出现了沿晶(Fe,Cr,Mn,V)_7C_3相;随着Si含量提高,沿晶界分布的(Fe,Cr,Mn,V)_(23)C_6型碳化物数量先增加然后减少,形态从树枝骨架状变为层片状离散孤立分布,胞状γ-Fe晶内原位析出的(Nb,Ti,V)C复合碳化物随之增大,堆焊合金耐磨性呈先提高后下降再提高的趋势;0.9%Si和1.5%Si堆焊合金试样的磨损质量损失低于一般高铬铸铁,具有良好的耐磨性和韧性,其磨损机制主要为磨粒的显微切削。