论文部分内容阅读
本文对20钢基体上的两种超音速电弧喷涂铁基涂层302A(FeCrNiMnMoTi)和碳化铬(FeCrMnNiTi/Cr3C2)进行了等离子重熔处理。通过正交试验对重熔工艺参数进行了优化。分析了重熔前后涂层组织形貌、相结构、显微硬度的变化、不同线能量下重熔涂层的组织结构的演变以及回火处理对重熔涂层组织的影响。研究了等离子重熔对302A涂层耐腐蚀性能、抗高温氧化性能以及抗热震性的影响。喷涂态涂层具有层状结构。涂层由条状或带状的铁基固溶体堆积而成，其中混杂着孔洞、氧化物以及未熔和未充分熔化的颗粒。涂层与基体的结合方式为机械结合。302A涂层中的主要相为α-Fe。碳化铬涂层中同时存在α-Fe和γ-Fe，以α-Fe为主。在碳化铬涂层中发现了聚集的Cr3C2硬质相。喷涂态涂层具有一定的孔隙率和氧化率。等离子重熔后涂层的横截面分为重熔层、热影响区、基体三部分。根据正交试验结果，优先考虑表面质量，优化的重熔工艺参数如下：对于302A涂层，电流50A，扫描速度120mm/min，；对于碳化铬涂层，侧重于重熔深度的优化工艺参数为：电流60A，扫描速度60mm/min。侧重于显微硬度的优化工艺参数为：电流70A，扫描速度60mm/min。由于添加了B和Si，302A涂层具有更加优异的重熔效果等离子重熔后，喷涂态涂层中的层状结构消失，大部分缺陷如氧化物和孔隙得到消除，涂层变得均匀致密并与基体实现冶金结合。重熔涂层的组织具有快速凝固特征。微观分析表明，重熔后302A涂层的组织由初生α-Fe树枝晶和树枝晶间的α-Fe/(Fe, Cr)7C3共晶体构成。重熔后碳化铬涂层的组织为树枝晶状的(Fe, Cr)7C3和树枝晶间的Fe-Cr固溶体基体，随着线能量的增大，碳化物逐渐溶解，最终形成显微硬度较高的贝氏体组织。热影响区的显微组织为粗大的珠光体和少量板条马氏体。等离子重熔后涂层的硬度及其分散度降低。302A涂层经多道等离子重熔后搭接情况良好。302A重熔涂层经600℃回火后，碳化物在初生α-Fe上析出，共晶组织粗化，导致其显微硬度下降。同时热影响区中珠光体层片间距增大，渗碳体发生粗化及球化，组织软化。极化曲线和阻抗谱分析表明等离子重熔可显著提升302A涂层在NaOH溶液中的耐腐蚀性，但增大了涂层在NaCl溶液中的腐蚀速率，这是由于涂层在两种介质中的腐蚀机理不同。重熔前后涂层在NaOH溶液中的腐蚀以钝化为主，重熔涂层均匀致密的组织有利于形成稳定的钝化膜并抑制了腐蚀裂纹的萌生。而在NaCl溶液中重熔涂层发生了相间腐蚀，驱动力为α-Fe和碳化物的电位差，导致其耐腐蚀性下降。等离子重熔提高了302A涂层的抗高温氧化性能，原因为：一方面氧化后重熔涂层表面形成了具有保护作用的致密氧化膜，另一方面重熔后涂层致密的结构能够阻止氧向涂层内部以及涂层与基体界面处扩散。等离子重熔后302A涂层具有更加优良的抗热震性，原因是重熔后涂层与基体实现了冶金结合。