L'usura e la corrosione sono due importanti cause di cedimento superficiale dei materiali. Tuttavia, le tecniche di rafforzamento superficiale come il trattamento termico chimico, il rivestimento laser, la deposizione di vapore, la galvanica e la spruzzatura possono migliorare efficacemente la resistenza all'usura delle superfici metalliche. Allo stato attuale, la tecnologia di trattamento della nitrurazione e la tecnologia di rivestimento laser sono mezzi di rinforzo comuni e sono stati ampiamente utilizzati nell'industria offshore, nell'aviazione, nell'energia nucleare e in altri campi. Il rivestimento FeCrNiMo è stato preparato mediante tecnologia di rivestimento laser. Si è scoperto che sotto forma di usura per attrito del blocco anulare, il meccanismo principale dello strato di rivestimento era l'usura per abrasione e l'usura per ossidazione. Sotto forma di attrito e usura alternativi tra sfera e disco, lo strato di rivestimento è dominato dal meccanismo di usura per ossidazione e usura per fatica.
Il tradizionale processo di nitrurazione presenta problemi di lunga durata e bassa efficienza. Al momento si stanno affrontando i problemi principali per migliorare l'efficienza della nitrurazione e ridurre lo strato di nitrurazione fragile e migliorare ulteriormente la resistenza all'abrasione dello strato di nitrurazione elevato.
La forza legante di Ti e N è molto forte. L'aggiunta di Ti appropriato può aumentare la durezza superficiale e la profondità dello strato di nitrurazione e migliorare l'efficienza della nitrurazione. Allo stesso tempo, il Ti ha l'effetto di affinare i grani, il che può migliorare la tenacità dello strato ad alto nitrurazione. Pertanto, in questo articolo, diversi contenuti di Ti (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2, Gli effetti del contenuto di Ti sulla microstruttura, durezza, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione di Ni-Cr-Mo- Sono stati studiati il rivestimento laser Ti e lo strato composito di nitrurazione al plasma, discutendo i possibili meccanismi di usura e corrosione per fornire basi teoriche e sperimentali per migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione del rivestimento.
1. Materiali e metodi sperimentali
Come materiale di base è stato selezionato 304SS, è stata selezionata polvere metallica di Ni, Cr, Mo, Ti con purezza superiore al 99,95% in massa e dimensioni delle particelle di 48 ~ 74 μm. La pesatura è stata eseguita in base al rapporto molare (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 e 4 at%). Per semplificare la descrizione, i rivestimenti preparati sono stati denominati rispettivamente S1 e S2 e la composizione della massa è stata mostrata nella Tabella 1. La polvere viene messa in un contenitore sottovuoto in acciaio inossidabile, la sfera in acciaio inossidabile viene utilizzata come sfera di macinazione per 6 h, e la polvere macinata viene essiccata in un forno di essiccazione sotto vuoto a 60 gradi per 24 ore. La polvere di lega con uno spessore di 2 mm è stata rivestita sulla superficie della matrice mediante il metodo della polvere preimpostato e l'eccitatore di semiconduttori in fibra ottica (LSJG-BGQ-2000) con una potenza di uscita massima di 2 kW è stato utilizzato per rivestimento. La potenza è di 2,0 kW, la velocità di scansione è di 30 mm/min, la velocità di sovrapposizione del rivestimento multicanale è del 40% ~ 50% e il gas Ar viene fatto passare nel gas AR a una velocità di 15 L/min. I campioni sono stati nitrurati mediante un forno di nitrurazione ionica con riscaldamento ausiliario verticale (FD-WR60/80) con tensione operativa di 720 V, grado di vuoto di (350 ± 10) Pa, temperatura di nitrurazione di 540 gradi e tempo di mantenimento di 8 ore. I nomi dei campioni erano 304-N, S1-N e S2-N dopo la nitrurazione, quando N2 e H2 sono stati iniettati nel rapporto di 1:5.
Tabella 1 Composizioni chimiche dei rivestimenti ( NiCr ) 92-x Mo8 Tix ( at%)
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Campione |
Ni |
Cr |
Mo |
Ti |
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S1 |
45 |
45 |
8 |
2 |
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S2 |
44 |
44 |
8 |
4 |
Il campione è stato tagliato in blocchi di prova da 10 mm x 5 mm mediante una macchina per taglio a filo, lucidato e lucidato secondo lo standard della fase aurea e corroso con acqua re (HCl ∶ HNO3=3 ∶ 1). La composizione della fase del campione è stata analizzata mediante diffrattometro a raggi X D/MAX-2500PC (XRD). Il target Cu K (λ=0.15405 nm) viene utilizzato come sorgente di radiazione, la tensione del tubo è 40 kV, la corrente del tubo è 100 mA e l'angolo di scansione è di 20 gradi ~ 100 gradi. La microscopia elettronica a scansione (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) e la spettroscopia a dispersione di energia (EDS) sono state utilizzate per analizzare la microstruttura, la composizione chimica e lo spessore di nitrurazione del rivestimento. È stato utilizzato un durometro Vickers (HVS-1000) per misurare la microdurezza della superficie del rivestimento e dalla parte superiore del rivestimento al substrato con un carico di 100 g e un tempo di caricamento di 15 s. Una macchina alternativa per test di attrito e usura di sfere e piastre (Rect MFT-5000) è stata utilizzata per testare la linea di usura del rivestimento come segue: il carico di carico era di 20 N, il tempo di usura era di 10 minuti e il materiale di macinazione era una sfera di Al2 O3 con un diametro dritto di 9,8 mm. Contemporaneamente è stato registrato il coefficiente di attrito (COF) e la morfologia dell'abrasione è stata analizzata mediante BRUKER Contour GT-K1 e SEM. Il comportamento alla corrosione del rivestimento di rivestimento e della superficie di nitrurazione è stato testato utilizzando la tradizionale modalità del sistema a tre elettrodi. L'apparecchiatura di prova era la workstation elettrochimica Gmary Reference 3000. La superficie di prova è stata utilizzata come elettrodo di lavoro, l'elettrodo a calomelano saturo (SCE) è stato utilizzato come elettrodo di riferimento e l'elettrodo di platino è stato utilizzato come controelettrodo. L'elettrolita è una soluzione di NaCl al 3,5% in massa. Il campione è stato immerso in una soluzione di HCl 1 mol/L per 24 ore, lavato leggermente con alcool anidro ed essiccato, e la morfologia della corrosione è stata osservata mediante SEM.
2. Conclusione
1) Lo strato di rivestimento (NiCr) 92-x Mo8 Tix è composto principalmente da fase FCC, fase σ-CrMo e una piccola quantità di fase Cr2Ti. La formazione della fase (Cr,Ti)N dopo il trattamento di nitrurazione. Con l'aumento del contenuto di Ti, aumenta il contenuto della fase N (Cr,Ti) e aumenta lo spessore dello strato di nitrurazione.
2) Con l'aumento del contenuto di Ti, la durezza del rivestimento aumenta, fino a 531 HV0.1. Dopo il trattamento di nitrurazione, la durezza del rivestimento aumenta notevolmente e la durezza massima è 1258 HV0.1. Il coefficiente di attrito, l'ampiezza e la profondità dei segni di usura e il volume di usura dell'acciaio inossidabile 304 sono molto inferiori a quelli del rivestimento senza nitrurazione e del trattamento di nitrurazione. Il meccanismo di usura cambia da usura adesiva a usura abrasiva e la resistenza all'usura è notevolmente migliorata.
3) La densità di corrente di corrosione (Icorr) del rivestimento di nitrurazione è molto inferiore a quella del rivestimento non nitrurante e dell'acciaio 304SS dopo la nitrurazione e non si verifica alcun fenomeno di vaiolatura. Tra questi, S1-N ha una migliore resistenza alla corrosione in una soluzione di NaCl al 3,5% in massa. I risultati del test di corrosione per immersione mostrano che ci sono solo lievi segni di corrosione sulla superficie del rivestimento dopo la nitrurazione e che la resistenza alla corrosione è migliorata.
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