激光熔覆制备AlFeCoCr涂层的微观结构、磨损与腐蚀性能

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海洋是人类活动不可缺少的一部分,它蕴含着取之不尽的资源,合理的利用能够产生庞大的经济效应。对于海洋资源的开发与利用少不了对于海洋钢材的开发与应用,但因为海洋环境复杂严酷的特性,使得其中的钢材很容易发生海水腐蚀与磨损等问题。同时海水中还存在的很多盐和其他化学污染物也将加速海洋环境中钢材的腐蚀的速度,减少钢材的使用寿命。S355钢拥有高强度、优秀的塑性以及耐疲劳性能,是一种新型结构钢,目前在海洋平台上S355钢被广泛应用于桩腿的制造材料,因为它长时间被使用在盐雾环境中,在海水的冲刷浸泡下钢材会不断的发生电化学腐蚀作用,使得它的力学性能受到损坏,严重影响它的使用寿命,同时因为海洋平台的位置离陆地较远,使得对它的保养与维护难度大、成本高。因此,研究如何对S355钢的表面进行处理,使其防腐蚀耐磨损性能改善是一种很有价值的课题。Fe-Al金属间化合物是种新的材料,且其有着防腐蚀抗磨损以及高硬度等特点,因此可以把它运用在海洋平台的钢材保护上,来延长使用寿命。激光熔覆技术是种优秀的涂层制备手段,它的基本原理是使用高能激光照射需要被加工的材料,将被照射表面微熔,同时将同步送粉装置送至激光照射下的熔覆材料或者提前用预制法预制在被加工表面的熔覆材料完全熔化,激光扫描过后液化的涂层粉末与被加工面迅速固化结合,就会得到和被加工表面紧密黏合的涂层。这种技术可以在基体的表面制备出优质的涂层,还可以利用重熔技术修补基体表面的缺陷。本课题着重于在S355结构钢表面熔覆AlFeCoCr涂层以及分析其性能,为这种材料在恶劣环境下的使用建立方向。将系统探究这类材料的抗腐蚀耐磨损等性能,并详细分析材料的性能。研究内容包括以下几个方面:(1)探究改变各种加工参数对制备AlFeCoCr涂层结构以及性能的影响。能对涂层质量产生很大变化的因素有:熔覆工艺和熔覆粉末。熔覆工艺上来说,目前探究送粉速度对涂层的影响报道较少,因此,本文将采用三种不同扫描速度来生产涂层,并探究该因素对结构和性能的影响。从粉末上来说,本文首先从配粉出发,探究AlFeCoCr涂层粉末中Al的比例对涂层的影响,选出更佳性能的比例,之后选择Ti C陶瓷粉末作为增强相添加到涂层中,研究不同比例的Ti C粉对涂层的影响。(2)揭示所制备涂层表面的显微形貌、化学组成元素以及物相性能。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表面分析设备,通过对所得图片和数据的处理分析,系统的研究涂层的表面形貌、化学组成元素和物相的性能。(3)涂层的耐磨损性能研究。使用CFT-Ⅰ型磨损仪进行试验,通过比较不同参数制备出的涂层在模拟海水下的磨损行为,来剖析涂层在海水下的磨损机理及耐磨损性能。(4)涂层的电化学性能研究。使用电化学工作站在浓度为3.5±0.2%的Na Cl里做电化学实验,通过实验所得数据绘制出涂层的极化曲线并分析不同涂层之间的区别,研究涂层在模拟海水环境下的电化学腐蚀,分析其机理及耐腐蚀性能。
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