大型液压阻尼器销头激光熔覆WC/Co06涂层耐磨抗蚀性能研究

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大型液压阻尼器是核电站常用的支撑部件,在工作过程中其销头与设备或管道连接部位容易发生磨损,并且长期置于核电站中易受内部环境的腐蚀,加速液压阻尼器销头的磨损,影响其使用寿命。本文采用激光熔覆技术在液压阻尼器材料42Cr Mo钢表面制备WC/Co06复合熔覆层,以Co06合金粉末作为主体粉末,向其内添加不同质量百分比的WC粉末增强复合涂层性能,从而改善42Cr Mo材料的耐磨抗蚀性能。通过ANSYS分析激光功率对温度场的影响以及销头部位的受力分析,选择合适的功率参数制备复合涂层,并对熔覆层质量及其耐磨抗蚀性能进行试验测试。由ANSYS仿真结果发现,熔覆层表面温度变化出现快热快冷的特点;在熔覆层层深方向上,距离熔覆层表面越远温度越低。综合来看,激光功率为1200W时熔覆效果最佳。通过ANSYS静力学对销头进行受力分析,发现在应力主要集中在销头销孔处。在扫描电镜(SEM)下观察Co06涂层以及4组不同WC含量的WC/Co06涂层表面形貌,发现,熔覆层表面平整光滑质量优良。由金相显微镜下观察其显微组织结构由下到上依次为粗大的柱状晶、胞晶及细小的等轴晶。通过EDS能谱分析发现,W、C、Cr元素分布在熔覆层白色网状结构共晶组织上,随WC含量的增加共晶组织结构越明显,枝晶越来越细小。Co06熔覆涂层主要含有(?)-Co固溶体及Cr23C6硬质相,另外加入WC后,熔覆层中生成Cr7C3、WC及Fe3W3C等新物相。经过硬度测试发现,熔覆层硬度随WC含量增加呈递增趋势,当WC含量为20%时,熔覆层硬度达到810HV。通过对基体及熔覆层进行微动磨损及滑动摩擦磨损试验可知:熔覆层的摩擦系数明显小于基体的摩擦系数且随WC含量的提高摩擦系数降低;熔覆层磨损体积与基体相比也有大幅度下降,微动磨损时,磨损体积呈现先降低后升高的趋势,其中WC的含量为15%时,其磨损体积为6.17×10-2mm~3,较基体(12.52×10-2mm~3)下降了50.7%;在摩擦磨损实验下,42Cr Mo钢基体的摩擦磨损体积为9.18mm~3,20%WC/Co06涂层磨损体积最小为5.02mm~3,比基体降低了45.3%,熔覆涂层抗磨损性能远优于42Cr Mo钢。对基体及熔覆层进行电化学测试。发现,基体腐蚀电位小于熔覆层腐蚀电位,覆涂层腐蚀电流密度远远小于基体的且随WC含量的增加呈降低趋势。将基体及熔覆层试样放置盐雾腐蚀环境下腐蚀96小时,基体表面出现大量的片状腐蚀产物,其成分主要是铁锈。覆层表面仅出现少量呈点状分布的腐蚀产物,熔覆层的腐蚀失重远小于42Cr Mo基体的,说明熔覆涂层耐腐蚀性能要远优于42CrMo钢基体。
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