选区激光熔化技术制备40Cr13不锈钢的腐蚀行为研究

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选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种用于制备金属材料的先进的增材制造技术,不仅能够成型结构复杂的金属零件,还能缩短工艺周期,提高成型效率。在实际应用中,SLM生产的40Cr13不锈钢产品具有优良的机械性能,适合工业应用,具备极端条件下应用的潜力。耐腐蚀性能是评价SLM制备的40Cr13不锈钢是否可用于生产的重要参数,但目前对其腐蚀行为的研究报道甚少。本文采用电化学测试中阳极极化曲线法和循环极化曲线法结合研究SLM制备的40Cr13不锈钢的腐蚀行为,使用铸造的40Cr13不锈钢样品用作对照组。实验采用控制单一变量法分别研究温度、电解液浓度以及SLM成型高度对40Cr13不锈钢的腐蚀行为的影响。实验同时研究了SLM成型不同高度的试样的腐蚀行为变化规律。本文主要借助电化学测试方法研究SLM制备40Cr13不锈钢的耐腐蚀性能,利用X-CT研究腐蚀路径和腐蚀深度,通过SEM、XRD、XPS、EPMA等测试方法对腐蚀前后试样的显微形貌结构和化学成分分布进行综合研究,进一步推断出腐蚀发生的诱因和机理。本文的研究内容可为后续的SLM成型40Cr13不锈钢投入工业应用提供科学依据。本文主要得到以下结论:(1)同等条件下,SLM制备40Cr13不锈钢自腐蚀电位、点蚀电位和保护电位均低于铸造40Cr13不锈钢,SLM制备40Cr13不锈钢电化学腐蚀过程无明显钝化区间,腐蚀机理和腐蚀形态均不同于铸造试样,整体耐腐蚀性能略弱于铸造40Cr13不锈钢。在20℃40℃温度范围内,随着温度升高,40Cr13不锈钢试样耐腐蚀性能逐渐降低;电解液浓度在1%5%范围内变化时,电解液浓度在3%左右,试样耐腐蚀性能最强。(2)SLM制备40Cr13不锈钢的耐腐蚀性能与SLM成型Z轴高度无直接关系,不同层高的试样中元素分布均匀,物相组成基本一致,均为马氏体、铁素体外、一定碳化物和少量残余奥氏体。但不同位置的试样由于球化、孔隙、裂纹、残余应力等成型缺陷会导致腐蚀行为产生较大差异。(3)结合XRD、XPS和EPMA分析发现,SLM制备的40Cr13不锈钢试样中含有M7C3碳化物,碳化物集中在试样的缺陷处,是导致试样中孔隙和裂纹形成的因素。利用X-CT观测对比SLM制备40Cr13不锈钢腐蚀前后的三维图像,发现试样腐蚀过程均匀向下,整体的腐蚀深度在110μm140μm左右。分析腐蚀后试样元素分布发现,试样表面蚀孔内富集着Mn元素和O元素,说明试样中Mn元素含量增大会降低试样的耐腐蚀性能,O元素富集是由于蚀孔内产生的腐蚀产物Fe3O4。试样某些区域Cr元素和Fe元素分布不连续,会导致腐蚀过程无法形成致密的钝化膜,耐腐蚀性能降低。
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