Q235钢双辉等离子Ni-Cr共渗及其性能研究

论文摘要

镍铬合金具有优异的耐蚀、耐磨性能,而且兼有很好的力学性能和加工性能,尤其适宜于现代工业技术下苛刻的介质环境,因此在石油、化工、机械等工业部门具有广泛的应用前景。然而Ni、Cr作为重要战略元素,由于价格昂贵使其应用受到一定限制。若通过表面工程在钢铁等廉价基体上制备Ni-Cr合金层就能解决经济性与实用性的矛盾。针对现有表面涂层制备工艺所存在的弊端,本文采用双层辉光等离子表面冶金技术在Q235钢表面制备Ni-Cr合金层。本论文探索了采用双辉技术制备Ni-Cr合金层的理想工艺,通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等测试手段表征了合金层的组织形貌、化学成分和相组成,并对合金层的腐蚀性能和磨损行为进行了分析。最后研究了不同变形率的冷轧加工对所制试样的组织结构和性能的影响。结果表明:双辉等离子镍铬共渗后,Q235钢表面形成了有效厚度约12μm的合金层,表面Ni、Cr含量可达20%以上;渗层均匀致密,无孔洞裂纹等缺陷,其表面晶粒结聚成团,呈颗粒状;合金层镍、铬合金元素由表及里呈梯度分布,主要物相为FeCr0.29Ni0.16C0.06、Cr23C6和γ固溶体。渗后试样表面显微维氏硬度相对于基体提高了约一倍。合金层具有良好的耐磨性,在常温下的磨损失重相对基体降低了4倍以上。电化学腐蚀试验表明合金层在5% H2SO4和3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电位同304L不锈钢相当并且具有更小的腐蚀电流密度,其腐蚀速度较不锈钢分别降低了1.30倍和2.35倍。冷轧加工后,合金层同基体发生了同步塑性变形,无破碎无脱落,证实了镍铬合金层优异的加工性能及其同基体良好的冶金结合。冷轧后试样的耐蚀性能同原始试样相当,未受到任何不利影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 金属材料的腐蚀与磨损
• 1.1.1 腐蚀及其危害
• 1.1.2 摩擦磨损及其危害
• 1.1.3 常用耐蚀耐磨金属材料
• 1.2 镍铬耐蚀耐磨材料
• 1.2.1 镍铬耐蚀合金
• 1.2.2 镍铬耐磨合金
• 1.3 镍铬表面涂层的制备方法及其局限性
• 1.3.1 高能束表面熔覆
• 1.3.2 热喷涂
• 1.3.3 电镀
• 1.4 双层辉光等离子表面冶金技术
• 1.4.1 双辉技术原理
• 1.4.2 双辉技术优点
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 Q235 钢表面NI-CR共渗工艺和合金层制备
• 2.1 试验材料和试验设备
• 2.1.1 试验设备
• 2.1.2 试验材料
• 2.2 试验方案和工艺路线
• 2.2.1 试验方案设计
• 2.2.2 工装设计
• 2.2.3 工艺参数的选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 合金层的组织结构、成分及力学性能研究
• 3.1 分析检测设备
• 3.2 合金层的形貌
• 3.2.1 宏观表面形貌
• 3.2.2 微观表面形貌
• 3.2.3 截面组织形貌
• 3.3 镍铬合金层元素分布与物相分析
• 3.4 显微维氏硬度
• 3.5 纳米压痕分析
• 3.6 结合力测试
• 3.7 本章小结
• 第四章 镍铬合金层的电化学腐蚀性能研究
• 4.1 电化学腐蚀相关理论
• 4.1.1 极化曲线的概念
• 4.1.2 极化曲线的测定
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 腐蚀介质的选择
• 4.2.2 试验材料及其制备
• 4.3 电化学腐蚀性能测试
• 4.3.1 3.5% NaCl 溶液中的电化学腐蚀性能
• 2SO₄ 溶液中的电化学腐蚀性能'>4.3.2 5% H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 合金层的磨损性能研究
• 5.1 磨损概念和磨损曲线
• 5.2 摩擦磨损性能的表征
• 5.2.1 摩擦系数
• 5.2.2 磨痕形貌
• 5.2.3 磨损量
• 5.3 试验材料及设备
• 5.3.1 试验材料
• 5.3.2 试验设备
• 5.3.3 试验参数
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 摩擦系数
• 5.4.2 磨损形貌和磨损量
• 5.5 本章小结
• 第六章冷轧对镍铬合金层的组织结构和耐蚀性能的影响
• 6.1 试验方法
• 6.2 冷轧加工对合金层的组织结构的影响
• 6.3 冷轧试样在3.5% NaCl 溶液中的电化学腐蚀性能
• 2SO₄ 溶液中的电化学腐蚀性能'>6.4 冷轧试样在5% H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能
• 6.5 本章小结
• 第七章结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文