冷喷涂处理译文Word格式.docx
- 文档编号:15868688
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:2.32MB
冷喷涂处理译文Word格式.docx
《冷喷涂处理译文Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冷喷涂处理译文Word格式.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
C。
当温度在熔点之上就会形成长渣腐蚀管壁。
其中一种减速腐蚀的手段是在管壁添加抗性涂层,当然还要用到多种表面处理技术。
在众多结合处理中,冷喷涂是一个新兴的方法,它棒极了!
冷喷涂通过高压高速的喷口来将气体高速喷出,喷嘴通过预热来抵消膨胀引起的绝热降温效果,提升气体的当地音速,最后通过拉伐尔喷管加热微粒粉末至超音速。
被载体气体携带的粉末进入了这个喷口,超音速的气体传递它的动量给粉末,让它达到高速。
这些微粒粉末冲击基体表面,通过复杂的塑性变形与成型后形成涂层结合体。
我们以高温熔化/加热以及强限制性来形成稳定结合物的手段称结合力学,在金属与金属间的结合部形成的局部高温来促进这种结合。
但是,在冷喷涂中,微粒粉末(1-50微米)被超音速气体加速达300-1200m/s,但温度并不太高所以微粒还能保持固相。
因此,那些有害的氧化反应,蒸发,熔化,结晶,崩裂都不会出现。
镍基涂层常常用于高温腐蚀与耐磨的共同要求下。
本文的目标是评估SA516号锅炉钢上的Ni-20wt.%Cr涂层在Na2SO4-60wt.%V2O5环境下900°
C时下的循环耐蚀能力。
选择循环氧化环境是为了测试实际工业环境中部件的运行情况。
2.实验过程
2.1涂层的发展
2.1.1基体材料。
对现有SA516锅炉钢进行分析。
表一中给出了其化学组成。
该数据有制造商提供,通过光谱实验测定。
2.1.2涂层粉末。
我们使用SulzerMetco(US)Inc公司的经济型Ni-20Cr粉末,其平均直径45微米。
SEM(扫描电子显微镜)的结果图在图一中给出了结构。
可见粉末的结构从球形到扁球形都有。
EDAX(X光能谱分析)显示粉末中镍(质量分数79.95%)和铬(质量分数20.5%)的含量符合预期要求。
2.1.3涂层结合方法。
我们用20*15*5(mm)的锅炉钢样块来进行喷涂。
样块
使用180细度的SiC砂纸进行抛光,随后在60细度(254微米)矾土粉中进行混合。
冷喷涂涂层使用的是俄亥俄州Barbeton的ASB工业公司的产品,喷涂系统使用的是德国CGT公司Kinetics3000。
表二中给出了喷涂中的不同参数。
表一
图一
2.2喷涂涂层的性能
我们使用BrukerAXSD-8高级衍射器(德制),35KV电压,20mA电流下,在CuKa射线与镍过滤器下做XRD(X光衍射实验)分析。
扫描角度在10°
与120°
间进行,速度为1Kcps,强度记录在表格中。
测向仪速度为1cm/min,角速度2°
/min。
衍射仪在配套的BrukerDIFFRACPlus衍射软件的控制下让‘d’的值直观显示于衍射图上。
然后我们用扫描隧道显微镜(FE-SEM,QUANTA200F)来观察涂层的形貌。
测试完后,我们把样快剖面分析,用Bainmount贴片机(ChennaiMetcoLtd,,印度)把环氧粉末热贴片在之上。
对处理过的样块使用220,400,600的金刚砂纸抛光,接着1/0,2/0,3/0,4/0等次。
最后用0.3微米金刚石研膏形成镜面效果。
抛光处理是为了使样块产生在FE-SEM/EDAX下可见的横断面形貌与组成。
EDAXGenesis软件是用来从XRD衍射实验的多个峰中检测出涂层的元素组成情况。
我们使用经典的DigitalMicroVickers显微硬度计(SHV-1000,ChennaiMetcoLtd,印度)在2.94N的载荷下测量涂层的微观硬度。
2.3熔融盐腐蚀试验
我们将样块在熔融盐环境(Na2SO4-60%V2O5)下实验50次来进行周期性腐蚀研究。
每一个周期由两部分组成,先是在碳化硅管道炉内进行为期1小时的900°
C加热,随后是20分钟的室温冷却。
循环实验采用工业生产中可能出现的最严酷的环境进行,这环境正是损坏与停用常见的环境。
周期性的研究表明50个周期在某种程度上可以表征将近无限的周期下材料氧化情况。
我们也对裸钢材进行同样步骤以为对比。
在腐蚀实验前,样块在沾满1微米氧化铝的布轮下进行抛光。
我们用密度3-5mg/cm2的Na2SO4-60%V2O5用骆驼毛刷刷在预热至250°
C的样块。
每个周期后我们使用ElectronicBalancemachineCB-120(Contech,Mumbai,,印度)的仪器来测量质量变化,它的精度为10*e-3克。
质量变化中包括了剥落的规模作为总腐蚀效应的程度分析。
我们尽力去分析腐蚀的动力原因。
在暴露氧化后,我们对样块进行XRD,FE-SEM/EDAX检测,然后进行下一次循环。
样块后来要进行剖面与挂载来进行FE-SEM/EDAX的横断面分析。
表二
3.结果
3.1喷涂涂层的XRD结果
图二中给出了冷喷涂于SA516锅炉钢上的Ni-20Cr涂层的显微形貌,结果显示Ni是主相辅以Cr。
图二
3.2喷涂涂层的SEM/EDAX结果
图三(a)给出了Ni-20Cr涂层的FE-SEM微观图。
图三(b)中给出了放大倍数更大的图。
这些图中可以看出微观结构是由许多不规则的微粒组成的。
,一些小的微
图三
粒紧靠着大的坑状微粒。
一些经典的黑区应该是多孔的。
分子的不规则排布更多可能是由于冷喷涂过程中高冲击能的原因。
图中1区与2区的基本组成与原料粉末的组成很相似。
2区还发现少量的氧元素。
3.3喷涂涂层的横断面分析
图四中给出了冷喷涂于SA516锅炉钢上的Ni-20Cr涂层的SEM横断面形貌。
总体来说,涂层形成了致密的表面。
涂层-基体的结合面上,总体来说是完整紧密的,这是证明基体与涂层良好结合的一个重要特征。
在涂层的厚度梯度上海存在着一些无伤大雅的空穴。
图四
3.4涂层的有效厚度
图四中给出了SEM微观照片中测量出的涂层的平均厚度,为248微米。
3.5喷涂涂层的微观硬度
在分析冷喷涂于SA516锅炉钢上的Ni-20Cr涂层的横断面时,我们也做了微观硬度试验。
图五给出了详细的各个区域的硬度情况。
很明显,涂层的硬度高于基体。
硬度在173-247的范围内波动,其中涂层的平均硬度为212.47HV,基体钢则为178.28HV。
在距离结合面20微米的地方出现了一个意外的硬度下降--这应该是由于涂层中的“空穴”的存在。
图五
3.6熔融盐的循环腐蚀
试验前的裸钢材与涂层钢材的微观照片在图六的(a)(c)中给与展示。
试验后的微观结构图分别为(b)(d)两图。
在氧化分析中,裸钢材在第六个周期时就出现了明显的脆弱区域。
当第九周期结束时,出现不再紧贴基体的片状物。
14周前最上面的一层已经开始剥落。
22周时区域性的剥落开始并随着周期的增加而越发严重。
第33周时,整个结构已经肿胀且充满裂缝,38周时发现了以粉末状形式的成分剥落出来。
另一方面,让我们看看Ni-20Cr涂层材料的表现。
银灰色的漂亮表面在第一周期结束时就变的灰中带黄。
在第14周结束时表面出现了一些灰色线条,可能是因为基体材料的渗漏。
27周结束时表面出现了黄色的斑。
紧接着,随着实验的进行,出现了越来越多的点状污物。
值得一提的是,这个样块上并没有肉眼可见的裂缝与剥落。
图六
图七
图七中描述了两种材料在实验后的质量变化。
裸钢材的质量呈现了持续的增长,可能由于整体范围暴露在腐蚀环境中。
这个增长的趋势最后接近平缓而趋近一个定值。
还有,很明显重量增加速度明显下降当表面有物质沉淀时。
因此,从质量增加的角度来说,Ni-20Cr涂层证明了它在强侵蚀性环境中优秀的抗腐蚀性。
它成功的减少了87.2%的基体质量变化。
在质量变化每平方面积上,图八给出了两者的曲线。
直观的可以看出,抛物线函数对两个材料的曲线都契合的不错。
但是,裸钢材的曲线有一定的背离抛物线律。
抛物线常数从线性回归拟合中得到(累计质量获取每单位面积)相对于循环的次数。
SA516钢材的数据从起始的2622*10-10g2cm-4s-1到22周时的3947*10-10g2cm-4s-1。
涂层钢则几乎保持了74*10-10g2cm-4s-1这个数值。
很明显Kp的值在表面沉积以后大幅下降了.
图八
3.7氧化比例的XRD分析
图九给出了试验后两种材料的XRD分析结果。
裸钢材中检出氧化物以Fe2O3为主;
同时,Ni-20Cr涂层钢则是以NiO与Cr2O3为主,只有少量的Fe2O3相。
复合的Ni(VO3)2的峰也出现在涂层钢的XRD图上。
图九
3.8FE-SEM/EDAX分析
3.8.1表面形貌。
图十中给出了腐蚀后的两种材料的SEM微观照片。
(a)照片上可以看出裸钢材的结构,密度与粗糙度,其中大部分都是氧元素与铁元素,为生成大量Fe2O3创造了条件。
(b)照片中可以看出涂层刚分成两个区域:
主要的白色区域是颗粒状结构,黑色相(基体渗漏物)看上去很平滑。
白区1处的主要元素为Ni(64%)O(19%)说明主要成分为NiO,C(7%),Si(4%),Fe(2%)以及一些少量的Na,V,Cr与Mn。
同样,3处的组成基本相同。
黑区2处成分为Fe(48wt%),Ni(26wt%)还有Cr(11wt%)以及O(17wt%)。
这证明了基体的Fe传播到了表面。
图十
3.8.2X射线映射
试验后裸钢材的成分图与X射线映射图(SEI)在图11(a)中给出。
清晰的看出有一个连续的铁元素带,氧元素也贯穿于整个材料横截面,虽然在靠外的地方更多一点。
钒和锰以纯净态不规则的分布着。
Ni-20Cr钢则是呈现连续的镍和铬元素带。
当然还有一些铁元素的斑点,他们主要在结合区域出现。
在镍和铬耗尽的外层地方,出现了一些氧元素。
图11
4.讨论
冷喷涂于SA516锅炉钢上的Ni-20Cr涂层展现出了良好的致密形态与紧密的结合性。
结合后的形貌与原料粉末几乎一致,说明结合过程最多只有微弱的氧化过程。
涂层硬度在173-247的范围内波动,平均硬度为212.47HV,显著高于基体钢。
图七的数据表明质量增长是持续的,虽然在最开始时幅度最大,可能是由于氧气通过了熔融盐层的扩散。
这个结论是TiwariandPrakash(Ref12)andSinghetal.(Ref11)他们的关于铁基热腐蚀性能分析论文中提出的。
类似的结果出现在SidhuandPrakash(Ref13)的等离子喷涂Ni-20Cr涂层于GrA1钢上的研究中。
另一方面,Ni-20Cr涂层显著地降低了循环中的氧化反应,它成功的减少了87.2%的基体质量变化。
图11(b)显示在经历50周循环实验后涂层与基
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 喷涂 处理 译文