El desgaste y la corrosión son dos causas importantes de falla superficial de los materiales. Sin embargo, las técnicas de fortalecimiento de superficies, como el tratamiento térmico químico, el revestimiento láser, la deposición de vapor, la galvanoplastia y la pulverización, pueden mejorar eficazmente la resistencia al desgaste de las superficies metálicas. En la actualidad, la tecnología de tratamiento con nitruración y la tecnología de revestimiento láser son medios de fortalecimiento comunes y se han utilizado ampliamente en la industria marina, la aviación, la energía nuclear y otros campos. El recubrimiento de FeCrNiMo se preparó mediante tecnología de revestimiento láser. Se descubrió que en forma de desgaste por fricción del bloque de anillos, el mecanismo principal de la capa de revestimiento era el desgaste abrasivo y el desgaste por oxidación. En forma de fricción y desgaste alternativo de bolas y discos, la capa de revestimiento está dominada por el mecanismo de desgaste por oxidación y desgaste por fatiga.
El proceso de nitruración tradicional tiene los problemas de largo tiempo y baja eficiencia. Para mejorar la eficiencia de la nitruración y reducir la capa de nitruración quebradiza, y mejorar aún más la resistencia a la abrasión de la capa con alto contenido de nitruración, en la actualidad se enfrentan los principales problemas.
La fuerza de unión del Ti y el N es muy fuerte. Agregar Ti apropiado puede aumentar la dureza de la superficie y la profundidad de la capa de nitruración y mejorar la eficiencia de la nitruración. Al mismo tiempo, el Ti tiene el efecto de refinar los granos, lo que puede mejorar la tenacidad de la capa con alto contenido de nitruración. Por lo tanto, en este artículo, se analizan diferentes contenidos de Ti (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2, Los efectos del contenido de Ti en la microestructura, dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de Ni-Cr-Mo- Se estudiaron el revestimiento con láser de Ti y la capa compuesta de nitruración por plasma y se discutieron los posibles mecanismos de desgaste y corrosión para proporcionar una base teórica y experimental para mejorar la resistencia al desgaste y a la corrosión del revestimiento.
1. Materiales y métodos experimentales.
Se seleccionó 304SS como material base, polvo metálico de Ni, Cr, Mo, Ti con una pureza superior al 99,95% en masa y un tamaño de partícula de 48 ~ 74 μm. El pesaje se realizó según la relación molar (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 y 4 at%). Para simplificar la descripción, los recubrimientos preparados se denominaron S1 y S2 respectivamente, y la composición del cuerpo se muestra en la Tabla 1. El polvo se coloca en un recipiente de acero inoxidable al vacío, la bola de acero inoxidable se usa como bola de molienda durante 6 hy el polvo molido se seca en una estufa de secado al vacío a 60 grados durante 24 h. El polvo de aleación con un espesor de 2 mm se recubrió sobre la superficie de la matriz mediante el método de polvo preestablecido, y se usó el excizador semiconductor de fibra óptica (LSJG-BGQ-2000) con una potencia de salida máxima de 2 kW para revestimiento. La potencia es de 2,0 kW, la velocidad de escaneo es de 30 mm/min, la tasa de superposición del revestimiento multicanal es del 40% al 50% y el gas Ar pasa al gas AR a una velocidad de 15 L/min. Las muestras se nitruraron mediante un horno de nitruración iónica de calentamiento auxiliar vertical (FD-WR60/80) con un voltaje de funcionamiento de 720 V, un grado de vacío de (350 ± 10) Pa, una temperatura de nitruración de 540 grados y un tiempo de mantenimiento de 8 h. Los nombres de las muestras fueron 304-N, S1-N y S2-N después de la nitruración, cuando se inyectaron N2 y H2 en una proporción de 1:5.
Tabla 1 Composiciones químicas de los recubrimientos (NiCr) 92-x Mo8 Tix (% at)
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Muestra |
Ni |
cr |
Mes |
Ti |
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S1 |
45 |
45 |
8 |
2 |
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S2 |
44 |
44 |
8 |
4 |
La muestra se cortó en bloques de prueba de 10 mm x 5 mm mediante una máquina cortadora de alambre, se pulió y se pulió según el estándar de fase de oro y se corroyó con agua real (HCl ∶ HNO3=3 ∶ 1). La composición de fases de la muestra se analizó mediante difractómetro de rayos X (XRD) D/MAX-2500PC. El objetivo Cu K (λ=0.15405 nm) se utiliza como fuente de radiación, el voltaje del tubo es de 40 kV, la corriente del tubo es de 100 mA y el ángulo de escaneo es de 20 grados ~ 100 grados. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) y espectroscopia de dispersión de energía (EDS) para analizar la microestructura, la composición química y el espesor de nitruración del recubrimiento. Se utilizó un durómetro Vickers (HVS-1000) para medir la microdureza de la superficie del recubrimiento y desde la parte superior del recubrimiento hasta el sustrato con una carga de 100 gy un tiempo de carga de 15 s. Se usó una máquina de prueba de desgaste y fricción de placas y bolas alternativas (Rect MFT-5000) para probar la línea de desgaste del recubrimiento de la siguiente manera: la carga fue de 20 N, el tiempo de desgaste fue de 10 min y el material de molienda Era una bola de Al2 O3 con un diámetro recto de 9,8 mm. Al mismo tiempo se registró el coeficiente de fricción (COF) y se analizó la morfología de la abrasión mediante BRUKER Contour GT-K1 y SEM. El comportamiento a la corrosión del revestimiento del revestimiento y de la superficie de nitruración se probó utilizando el modo de sistema tradicional de tres electrodos. El equipo de prueba fue la estación de trabajo electroquímica Gmary Reference 3000. La superficie de prueba se utilizó como electrodo de trabajo, el electrodo de calomelanos saturados (SCE) como electrodo de referencia y el electrodo de platino como contraelectrodo. El electrolito es una solución de NaCl al 3,5% en masa. La muestra se empapó en una solución de HCl de 1 mol/l durante 24 h, se lavó ligeramente con alcohol anhidro y se secó, y se observó la morfología de la corrosión mediante SEM.
2. Conclusión
1) La capa de revestimiento (NiCr) 92-x Mo8 Tix está compuesta principalmente por fase FCC, fase σ-CrMo y una pequeña cantidad de fase Cr2Ti. La formación de la fase (Cr,Ti)N después del tratamiento de nitruración. Con el aumento del contenido de Ti, aumenta el contenido de la fase (Cr,Ti)N y aumenta el espesor de la capa de nitruración.
2) Con el aumento del contenido de Ti, la dureza del recubrimiento aumenta, hasta 531 HV0.1. Después del tratamiento de nitruración, la dureza del recubrimiento aumenta considerablemente y la más alta es 1258 HV0.1. El coeficiente de fricción, el ancho y la profundidad de las marcas de desgaste y el volumen de desgaste del 304SS son mucho más pequeños que los del recubrimiento sin nitruración y el tratamiento de nitruración. El mecanismo de desgaste cambia de desgaste adhesivo a desgaste abrasivo y la resistencia al desgaste mejora significativamente.
3) La densidad de corriente de corrosión (Icorr) del recubrimiento de nitruración es mucho menor que la del recubrimiento sin nitruración y la del 304SS después de la nitruración, y no se produce ningún fenómeno de picaduras. Entre ellos, S1-N tiene mejor resistencia a la corrosión en una solución de NaCl al 3,5% en masa. Los resultados de la prueba de corrosión por inmersión muestran que solo quedan ligeras marcas de corrosión en la superficie del revestimiento después de la nitruración y que se mejora la resistencia a la corrosión.
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