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阀门材料表面多种工艺改性层制备的试验研究

作 者: 齐麟
导 师: 张春华;张松
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 材料学
关键词: 阀门材料 激光熔覆 等离子堆焊 微弧火花沉积 摩擦磨损性能
分类号: TG174.44
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


阀门是装备制造业的重要组成部分之一,也是流体输送系统中主要的控制部件。阀门质量的好坏、性能的优劣直接影响到各个使用部门的安全生产、经济效益和长远发展。为了适应当今工业飞速发展的客观要求,课题利用不同工艺方法在传统的阀门材料表面进行改性使其达到阀门的使用要求和工作标准,以便生产过程能够顺利运行,从而确保企业的持久稳定发展。因此,本试验采用M2和Ni基两个系列合金粉末利用多种工艺方法分别在316不锈钢和Monel 400合金表面制备了不同成分的改性层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、销-盘磨损试验机等仪器设备分析了改性层的微观组织形貌、结构、成分、显微硬度及摩擦磨损等性能。通过组织观察和性能测试发现,采用激光熔覆工艺制备的改性层其组织细小致密且硬度远大于通过等离子堆焊制备的改性层。在316不锈钢上激光熔覆M2系列合金时,激光改性层主要由α-Fe、Fe6W6C、Fe3C、Cr7C3和Fe2MoC等相组成,并随着涂层中添加的Y2O3、WC和C粉其硬度和耐磨性显著提高,最佳涂层耐磨性能相比于316不锈钢提高了近12倍。在激光辐照工艺参数为P = 2.5kW,D = 4mm,V = 6mm/s时,WC颗粒溶解程度适中,改性层整体质量最好。在Monel 400合金表面激光熔覆Ni基合金粉末时,研究发现首先采用微弧火花沉积工艺在蒙乃尔合金表面制备一合金过渡层,然后再在其上进行激光熔覆处理可获得无裂纹、无气孔、涂层质量好、结合强度高的改性层。激光改性层主要由γ-Ni、CrB、Ni3B、Ni3Fe、Cr7C3以及Cr23C6等相组成,并随着添加的Y2O3和WC其硬度和耐磨性显著提高,最佳涂层耐磨性能相比于Monel合金提高了近24倍。在激光参数为P = 4kW,D = 1×10mm,V = 6mm/s时,WC颗粒溶解程度适中,改性层整体质量最好。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-25
  1.1 阀门的介绍  10-11
    1.1.1 阀门的用途  10
    1.1.2 阀门行业的发展与现状  10-11
  1.2 阀门的失效分析  11-13
    1.2.1 阀门磨损的特点  11-12
    1.2.2 阀门失效的机理  12-13
  1.3 常用阀门材料的介绍  13-17
    1.3.1 蒙乃尔合金  13-15
    1.3.2 不锈钢  15-17
  1.4 阀门材料表面改性常用工艺方法  17-20
    1.4.1 电火花沉积  17-18
    1.4.2 等离子堆焊  18-19
    1.4.3 激光熔覆  19-20
  1.5 常用的表面改性涂层材料  20-22
    1.5.1 铁基合金  20
    1.5.2 镍基合金  20-21
    1.5.3 钴基合金  21
    1.5.4 复合粉末  21-22
  1.6 阀门材料表面改性国内外发展现状  22-23
  1.7 本课题的目的与意义  23-25
第二章 试验材料及研究方法  25-30
  2.1 试验材料  25
  2.2 不同工艺改性层的制备  25-27
    2.2.1 等离子堆焊层的制备  25-26
    2.2.2 激光改性层的制备  26-27
  2.3 改性层组织结构检测方法  27-28
    2.3.1 试样制备  27
    2.3.2 微观组织观察及成分分析  27-28
    2.3.3 相组成分析  28
  2.4 改性层的硬度及摩擦磨损性能评价  28-30
    2.4.1 显微硬度的测量  28
    2.4.2 摩擦磨损试验方法  28-30
第三章 试验结果与分析  30-57
  3.1 等离子堆焊改性层的组织与性能  30-35
    3.1.1 等离子堆焊改成层的微观组织形貌及成分分析  30-32
    3.1.2 WC 颗粒溶解的唯象分析  32-33
    3.1.3 等离子堆焊改性层的相组成分析  33-34
    3.1.4 等离子堆焊改性层的显微硬度测量  34-35
  3.2 激光熔覆M2 系列合金改性层的组织与性能  35-46
    3.2.1 M2 系列合金改成层的微观组织观察及成分分析  35-41
    3.2.2 M2 系列合金改性层的相组成分析  41-42
    3.2.3 M2 系列合金改性层的显微硬度测量  42-43
    3.2.4 M2 系列合金改性层的摩擦磨损性能及磨损机制  43-46
  3.3 Monel 合金表面激光熔覆Ni 基合金改性层的组织与性能  46-57
    3.3.1 Ni 基合金改成层的微观组织观察及成分分析  47-52
    3.3.2 Ni 基合金改性层的相组成分析  52-53
    3.3.3 Ni 基合金改性层的显微硬度测量  53-54
    3.3.4 Ni 基合金改性层的摩擦磨损性能及磨损机制  54-57
第四章 结论  57-58
参考文献  58-61
在学研究成果  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 金属复层保护
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