Wpływ azotowania na mikrostrukturę i odporność na zużycie okładziny laserowej (NiCr) 92-powłoka x Mo8Tix

Zużycie i korozja to dwie ważne przyczyny uszkodzeń powierzchni materiałów. Jednakże techniki wzmacniania powierzchni, takie jak chemiczna obróbka cieplna, napawanie laserowe, naparowywanie, galwanizacja i natryskiwanie, mogą skutecznie poprawić odporność powierzchni metalowych na zużycie. Obecnie technologia azotowania i technologia napawania laserowego są powszechnymi środkami wzmacniającymi i są szeroko stosowane w przemyśle offshore, lotnictwie, energetyce jądrowej i innych dziedzinach. Powłokę FeCrNiMo przygotowano technologią napawania laserowego. Stwierdzono, że w postaci zużycia ciernego pierścieniowo-blokowego głównym mechanizmem działania warstwy okładzinowej jest zużycie ścierne i zużycie utleniające. W postaci tarcia i zużycia kulkowo-tarczowego w warstwie okładziny dominuje mechanizm zużycia utleniającego i zmęczeniowego.

Tradycyjny proces azotowania wiąże się z problemami związanymi z długim czasem trwania i niską wydajnością. Obecnie główne problemy dotyczą poprawy efektywności azotowania i zmniejszenia kruchości warstwy azotującej oraz dalszej poprawy odporności na ścieranie warstwy wysokoazotowanej.

Siła wiązania Ti i N jest bardzo silna. Dodanie odpowiedniego Ti może zwiększyć twardość powierzchni i głębokość warstwy azotującej oraz poprawić wydajność azotowania. Jednocześnie Ti ma wpływ na rozdrobnienie ziaren, co może poprawić wytrzymałość wysokiej warstwy azotującej. Dlatego w tym artykule różna zawartość Ti (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2, Wpływ zawartości Ti na mikrostrukturę, twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję Ni-Cr-Mo- Zbadano powłokę laserową Ti i warstwę kompozytową azotowania plazmowego.Omówiono możliwe mechanizmy zużycia i korozji, aby zapewnić teoretyczne i doświadczalne podstawy poprawy odporności powłoki na zużycie i korozję.

Jako materiał bazowy wybrano 304SS, proszek metaliczny Ni, Cr, Mo, Ti o czystości wyższej niż 99,95% masowych i wielkości cząstek 48 ~ 74 μm. Ważenie przeprowadzono zgodnie ze stosunkiem molowym (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 i 4 at%). Dla uproszczenia opisu przygotowane powłoki nazwano odpowiednio S1 i S2, a skład bryły przedstawiono w tabeli 1. Proszek umieszcza się w próżniowym pojemniku ze stali nierdzewnej, kula ze stali nierdzewnej służy jako kula mieląca przez 6 h, a zmielony proszek suszy się w suszarce próżniowej w temperaturze 60 stopni przez 24 godziny. Powierzchnię osnowy pokryto proszkiem stopowym o grubości 2 mm zadaną metodą proszkową, a do wykonania użyto światłowodowego wzbudzenia półprzewodnikowego (LSJG-BGQ-2000) o maksymalnej mocy wyjściowej 2 kW. okładzina. Moc wynosi 2,0 kW, szybkość skanowania 30 mm/min, stopień nakładania się okładziny wielokanałowej wynosi 40% ~ 50%, a gaz Ar jest przepuszczany do gazu AR z szybkością 15 l/min. Próbki azotowano w pionowym piecu do azotowania jonowego z ogrzewaniem pomocniczym (FD-WR60/80) o napięciu roboczym 720 V, stopniu próżni (350 ± 10) Pa, temperaturze azotowania 540 stopni i czasie przetrzymywania 8 godzin. Próbki miały nazwy 304-N, S1-N i S2-N po azotowaniu, gdy wstrzyknięto N2 i H2 w stosunku 1:5.

Tabela 1 Skład chemiczny powłok (NiCr) 92-x Mo8 Tix (at%)

Próbkę pocięto na bloki testowe o wymiarach 10 mm x 5 mm za pomocą maszyny do cięcia drutu, wypolerowano i wypolerowano do wzorca fazy złotej i skorodowano wodą królewską (HCl ∶ HNO3=3 ∶ 1). Skład fazowy próbki analizowano za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego D/MAX-2500PC (XRD). Jako źródło promieniowania stosuje się cel Cu K (λ=0.15405 nm), napięcie lampy wynosi 40 kV, prąd lampy wynosi 100 mA, a kąt skanowania wynosi 20 stopni ~ 100 stopni. Do analizy mikrostruktury, składu chemicznego i grubości azotowania powłoki wykorzystano skaningową mikroskopię elektronową (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) i spektroskopię dyspersyjną energii (EDS). Do pomiaru mikrotwardości powierzchni powłoki oraz od wierzchu powłoki do podłoża wykorzystano twardościomierz Vickersa (HVS-1000) pod obciążeniem 100 g i czasem obciążenia 15 s. Do badania linii zużycia powłoki zastosowano maszynę do badania tarcia i zużycia z ruchomą posuwisto-zwrotną kulką i płytką (Rect MFT-5000) do badania linii zużycia powłoki w następujący sposób: obciążenie obciążające wynosiło 20 N, czas zużycia 10 minut, a materiał szlifowany była kulka Al2O3 o średnicy prostej 9,8 mm. Jednocześnie rejestrowano współczynnik tarcia (COF) oraz analizowano morfologię ścierania za pomocą BRUKER Contour GT-K1 i SEM. Zbadano zachowanie korozyjne powłoki okładzinowej i powierzchni azotowanej w tradycyjnym trybie układu trójelektrodowego. Sprzętem badawczym była stacja elektrochemiczna Gmary Reference 3000. Jako elektrodę roboczą wykorzystano powierzchnię badaną, jako elektrodę odniesienia zastosowano nasyconą elektrodę kalomelową (SCE), a jako przeciwelektrodę zastosowano elektrodę platynową. Elektrolitem jest roztwór NaCl o stężeniu 3,5% masowych. Próbkę moczono w roztworze HCl o stężeniu 1 mol/l przez 24 godziny, lekko przemywano bezwodnym alkoholem, suszono i obserwowano morfologię korozji za pomocą SEM.

1) (NiCr) 92-x Warstwa okładzinowa Mo8 Tix składa się głównie z fazy FCC, fazy σ-CrMo i niewielkiej ilości fazy Cr2Ti. Tworzenie fazy (Cr,Ti)N po azotowaniu. Wraz ze wzrostem zawartości Ti zwiększa się zawartość fazy (Cr,Ti)N i zwiększa się grubość warstwy azotującej.

2) Wraz ze wzrostem zawartości Ti wzrasta twardość powłoki, aż do 531 HV0.1. Po azotowaniu twardość powłoki znacznie wzrasta i najwyższa wynosi 1258 HV0.1. Współczynnik tarcia, szerokość i głębokość śladów zużycia oraz objętość zużycia 304SS są znacznie mniejsze niż w przypadku powłoki nieazotującej i obróbki azotowaniem. Mechanizm zużycia zmienia się z zużycia adhezyjnego na zużycie ścierne, a odporność na zużycie ulega znacznej poprawie.

3) Gęstość prądu korozyjnego (Icorr) powłoki azotującej jest znacznie niższa niż w przypadku powłoki nieazotującej i 304SS po azotowaniu i nie występuje zjawisko wżerów. Wśród nich S1-N ma lepszą odporność na korozję w roztworze NaCl o stężeniu 3,5% masowych. Wyniki badania korozji zanurzeniowej pokazują, że po azotowaniu na powierzchni powłoki występują jedynie nieznaczne ślady korozji, a odporność na korozję ulega poprawie.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży automatycznej maszyny do napawania laserowego, szybkiej maszyny do napawania laserowego, maszyny do hartowania laserowego, spawarki laserowej i laserowego sprzętu do drukowania 3D. Nasze produkty są tanie i sprzedawane w kraju i za granicą. Jeśli interesują Cię nasze produkty, skontaktuj się z nami pod adresem bob@gshenglaser.com.