316不锈钢表面电子束熔覆钴基合金+稀土涂层的组织与性能研究

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316不锈钢是一种典型的18Cr-8Ni奥氏体不锈钢具有卓越的机械性能、焊接性能和耐腐蚀性能。近年来在我国工业上得到了广泛的应用。但316奥氏体不锈钢存在硬度差、耐磨性差等缺陷。因此,奥氏体不锈钢的应用受到了阻碍。本文主要通过电子束熔覆技术在316不锈钢表面熔覆钴涂层以及含稀土La2O3的钴熔覆层。研究各种熔覆层对316不锈钢的硬度、相结构、耐磨性及耐腐蚀性的改善效果,并着重探讨稀土元素对熔覆层的改善机制。  首先,采用等离子喷涂技术,把厚度为0.3mm的粉末预置在316不锈钢板材上,然后进行电子束熔覆。分别研究了电子束功率,扫描速度及束斑直径对熔覆层的表面形貌及微观组织的影响。根据实验的要求,确定束斑直径为 6mm,通过多次调试两个参数,以及观察熔覆表面的形貌,确定最终工艺参数为:电子束功率为1500W,扫描速度为380mm/min。熔覆层表面基本光顺,无褶皱,宏观形貌良好。  其次,利用OM、SEM、EDS和XRD等设备对显微组织进行了分析。对于截面形貌,熔覆层厚度约 200μm~300μm,其截面或多或少有小的气孔及少量裂纹,含 1.0% La2O3的熔覆层形貌最佳,仅有微量缺陷,添加稀土后的熔覆层主要元素如Co、Cr、Mo分布均匀;对于金相组织,主要有平面晶,等轴晶,胞状晶及一些细小晶粒;XRD分析后,主要相为 γ-Co、Cr23C6、CoCx、Cr0.19Fe0.7Ni0.11、Fe0.64Ni0.36和 Co3Mo2Si。稀土的加入并没有产生新的相,主要作用是细化组织,使晶体间变得更加致密,而些相的生成提高了硬度及耐磨耐蚀性能。  最后,采用显微硬度计、磨损试验机和电化学腐蚀试验对熔覆层进行了测试。结果显示,含有1.0% La2O3的熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性均达到最佳。其硬度平均值为686HV0.2,是钴熔覆层(614 HV0.2)的1.12倍,是316不锈钢(210HV0.2)的 3.2 倍;其磨损率为 1.2×10-3mg/Nm,而 Co 熔覆层和 316 不锈钢分别为 2.3× 10-3mg/Nm和6.0×10-3mg/Nm;在耐腐蚀性实验中,在1mol/L HCl溶液、3.5% NaCl溶液和1mol/L NaOH溶液中,其耐腐蚀性分别是Co熔覆层的4.89倍、5.77倍和5.19倍,更是316不锈钢的17.21倍、10.59倍和17.67倍。  综合而言,316不锈钢熔覆后的涂层组织和性能良好,满足工程的应用需要。
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