鋁合金表面激光NiCrBSi的空泡腐蝕性能

1、第*卷),)年第)期.月稀有金屬材料與工程h3h=>=I3i>3I=hj3i;36=64j6=hj64klGm*(6lC)3n97G),)鋁合金表面激光熔覆!的空泡腐蝕性能"#$%&"張()張春華()劉常升)文交松(力忠*+沈陽工業(yè)大學(xué)(遼寧+)東北大學(xué)(遼寧沈陽沈陽,)*-,.-+*香港理工大學(xué)(香港-要/采用連續(xù)波)0合金<利用掃描電子顯微鏡+,5鋁合金表面激光熔覆671234激光器在589:;7;=>?-BA射線衍射儀等分析檢測設(shè)備研究熔覆層的組織形貌B化學(xué)成分及相組成<利用超聲波感應(yīng)空泡腐蝕設(shè)備對=A熔覆層在*水溶液中的空泡腐蝕

2、性能進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)(從而總結(jié)出激光熔覆層及基材的空泡腐蝕機(jī)制<CDE6F8G關(guān)鍵詞/鋁合金H激光熔覆H67H空泡腐蝕89:;7中圖法分類號/I*:文獻(xiàn)標(biāo)識碼/3文章編號/,)JKD+),)-,)J,LLJ,.A摘鋁合金是世界上用量最大的有色金屬材料(它廣泛地應(yīng)用于航空B航天和動力機(jī)械中<由于鋁合金硬度很低(因此其耐磨性較差<激光表面熔覆處理是改善鋁合金表面性能的有效手段(近年來(利用高能束激光在鋁合金表面進(jìn)行激光熔覆處理(以提高其N.O耐磨性B耐蝕性和耐熱性的研究已見報(bào)道M<,CDN,C.8H,CD>VH,CKNC)>WH,C,.NU余量<激光熔覆用,

3、C*D8H,C)DXH,CDIH3G9V7合金粉末為工業(yè)純度(其粒度為.*Y6789:;7ZN,.Y5CD8H*CK:H*CD;HZ(其化學(xué)成分為/97余量<DCDSH,C8H67TQC激光熔覆試驗(yàn)合金表面經(jīng)噴砂及清洗處理(用粘結(jié)劑5,53G合金粉末調(diào)制成糊狀(預(yù)置于鋁合金表將6789:;7面(),烘干(鋁合金表面預(yù)置合金粉末厚度為,C*JZZ<采用816P234固體激光器進(jìn)行激光熔覆處理(激光處理工藝參數(shù)為/功率D,1H光斑直徑)CDZZH掃描速度DZZ?H保護(hù)氣氬氣流量為),G?<Z7VQC空泡腐蝕試驗(yàn)空泡腐蝕試驗(yàn)是在DD,1超音速感應(yīng)空泡腐蝕設(shè)備上進(jìn)行的(超聲波探棒符合

4、3;)JI>標(biāo)準(zhǔn)4*MLOL)(試樣放在支撐臺上靜止不動(空泡腐蝕的對應(yīng)偶件為*5不銹鋼螺栓(固定在振動臂上(如圖所示<振動的不銹鋼螺栓沖刷面與試樣表面間距為空泡腐蝕是磨損腐蝕的一種特殊形式(它是由于流體與金屬構(gòu)件作高速相對運(yùn)動(在金屬表面局部地區(qū)產(chǎn)生渦流(伴隨有氣泡在金屬表面迅速生成和破滅所引起的腐蝕<67表面硬化合金(由于89:;7具有較高的硬度(良好的機(jī)械性能和工藝性能(在鋼DNKO鐵材料激光表面改性方面獲得了廣泛的應(yīng)用M<由于高溫下3G和67能很好地化合(本研究采用大功率8J16P234激光器進(jìn)行激光熔覆處理(以期提高鋁合金材料表面的抗空泡腐蝕性能<目前(

5、有關(guān)鋁合金表面激光熔覆67合金(提高其空泡腐蝕抗力89:;7的研究報(bào)道極少(本研究的目的是揭示鋁合金表面激光熔覆67的組織B性能特點(diǎn)(通過空泡腐蝕89:;7試驗(yàn)及其表面形貌觀察(探討和分析其空泡腐蝕的破壞機(jī)制<,0(振幅為*,ZZ<不銹鋼螺栓的振動頻率為)_水溶液(恒溫)CDE6F*(空YZ(腐蝕介質(zhì)為*8G泡腐蝕試驗(yàn)時(shí)間為.a<采用精度為b,CZW的光電分析天平測定空泡腐蝕過程中材料的失重<腐蝕失重可用下式表示/磨蝕失重+ZW?cZ)-dgQ試驗(yàn)材料及方法QCQ基材及合金粉末成分基材為經(jīng)過I5處理的5合金(其化學(xué)成,53G分+質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(下同-為/,C.N,CK;H,

6、CRSH7T收到初稿日期/),J)J)LH收到修改稿日期/),JJ)L基金項(xiàng)目/中國科學(xué)院院長特別基金資助項(xiàng)目作者簡介/張松(女(L5*年生(東北大學(xué)博士后(副教授(沈陽工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院(遼寧沈陽,)*(電話/,).J)D.,K.,c&%c稀有金屬材料與工程L&卷$%$&(相對磨蝕率!"#)*+,-.*式中/"#為某一時(shí)間下試樣的累積質(zhì)量損失0單位為1234為磨蝕偶件對應(yīng)的試樣表面面積0單位為517采用.8908:;對激光熔覆層的組織形貌<空泡腐蝕后表層磨蝕形貌<成分進(jìn)行測定7采用;射線衍射儀測定熔覆層的相結(jié)構(gòu)76U9下難以分辨其內(nèi)部的顯

7、微組織形態(tài)0.89下觀察發(fā)現(xiàn)其形貌為菊花狀分布的層片狀枝晶組織0如圖LA所示08:;成分分析表明0其成分接近于7亞表層為發(fā)達(dá)的細(xì)密樹枝晶組織0枝晶組織()*L隨熱流的變化呈一定的方向性0如圖LF所示7與熔覆層相毗鄰的是(的熔凝區(qū)0由于)*元素?cái)U(kuò)散的呈片狀枝晶的共結(jié)果0導(dǎo)致該區(qū)域?yàn)閂和(N)*(L存區(qū)0說明熔覆層與基體形成了良好的冶金結(jié)合0如圖&空泡腐蝕試驗(yàn)裝置原理圖=*2>&?ABBA5C1DBE*F,ABG,H5AE*BAB*GBDIB*2J試驗(yàn)結(jié)果及分析J>K激光熔覆層的截面組織及分布圖6為)*+,-.*激光熔覆層;射線衍射譜0熔覆層組織主要為)*(0)*L(0

8、)*(L0(L)*6等金屬間化合物0同時(shí)還存在少量的(M=D67圖6)*+,-.*激光熔覆層;射線衍射譜=*2>6;N,AHO*PP,A5B*GIQD5B,AGP(AID,5(AOODO)*+,-.*R$%$&(鋁合金激光熔覆處理具有一定的特殊性0因而激光熔覆)*+,-.*合金熔區(qū)內(nèi)的組織與鋼鐵材料的激光熔覆層組織不同SMT7圖L為激光熔覆層截面組織形貌7在熔覆層最外層是極其細(xì)密的團(tuán)狀枝晶組織0圖L5所示7圖L激光熔覆層各區(qū)的組織形貌=*2>L.891*5,GIB,W5BW,DIGPBCDO*PPD,DBXGDIGPIQD5*N1DI/YAZBCDDBD,*G,GPIW,P

9、A5D5(AOODO0YFZBCD5(AOODO1*5,GIB,W5BW,D0AOY5ZBCD*BD,PA5DGP5(AOODO$%$&(J>JK_激光熔覆層的空泡腐蝕性能圖為試樣在6La0L>Mb)A+(溶液中的空泡腐蝕動力學(xué)曲線7可以看出0與$%$&(相比0激光熔覆試樣的空泡腐蝕抗力提高6倍以上0.89分析<期張的空泡腐蝕性能松等F鋁合金表面激光熔覆(-*4J>-OCBCO發(fā)現(xiàn)!兩者的腐蝕破壞機(jī)制不同"在該腐蝕體系情況下!空泡腐蝕是鹽溶液中氣泡破滅的沖擊波和電化學(xué)腐蝕對試樣表面聯(lián)合作用造成的"在靜止的鹽溶液中!材料的表面膜會對腐蝕

10、起到一定的阻止作用!而在空泡腐蝕條件下!破滅的氣泡沖擊試樣表面!破壞了試樣的表面膜!會大大地促進(jìn)試樣的腐蝕"出現(xiàn)孔蝕!但依稀可見試樣表面顏色暗淡的枝晶平整區(qū)域存在"隨著空泡腐蝕的進(jìn)行!試樣表面孔蝕區(qū)粗糙度進(jìn)一步增大!氣泡極易在此處形成和破滅!該區(qū)域的應(yīng)力集中進(jìn)一步加大"由孔蝕的機(jī)理可知!蝕孔內(nèi)的溶液介質(zhì)難以得到稀釋!濃度的增加!將導(dǎo)致腐蝕性增強(qiáng)"兩種因素綜合作用的結(jié)果!使(-*4J>-熔覆試樣的腐蝕加重!孔蝕深度增加!腐蝕已由點(diǎn)蝕孔壁向周圍發(fā)展"當(dāng)腐蝕進(jìn)行<#B0-7時(shí)!實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)!腐蝕介質(zhì)中不斷有氣泡在凹坑處生成和破滅!氣泡破

11、滅產(chǎn)生的沖擊波!致使試樣表現(xiàn)為大面積圖#試樣在$%&()*+溶液中的空泡腐蝕動力學(xué)曲線,-.%#*/0/+)1-233456-57+566)68/791-57581-038546:39;-0376-7$%&()*+65+/1-57)1<$=圖&為基材及激光熔覆試樣不同時(shí)間空泡腐蝕>?表面形貌"試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)!在腐蝕的初始階段!低硬度的ABACD+基材表面變得粗糙!氣泡破滅的沖擊波使D+合金表面發(fā)生塑性變形!同時(shí)氣泡破滅的剪切應(yīng)力!在D+合金的表面產(chǎn)生撕裂的痕跡"由于D+合金具有良好的韌性!因而試樣是以塑變E頸縮以至于最后的斷裂破壞機(jī)制進(jìn)行物料轉(zhuǎn)

12、移流失的"隨著腐蝕時(shí)間的增加!D+合金的晶粒邊界被腐蝕成深溝槽!晶粒內(nèi)部以頸縮斷裂破壞為主!如圖&)所示"激光熔覆試樣由于含有大量的金屬間化合物!具有較高的硬度!在空泡腐蝕過程中表現(xiàn)出明顯的抗力">?觀察發(fā)現(xiàn)!熔覆試樣經(jīng)過$B0-7空泡腐蝕!表面形貌未有大的改變!但表層合金顏色暗淡"隨著空泡腐蝕時(shí)間的增加!熔覆層中出現(xiàn)孔蝕!孔蝕核的產(chǎn)生主要通過如下兩種機(jī)制形成F其一!在空泡腐蝕進(jìn)行過程中!熔覆層的某些局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生塑性變形!從而在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中!導(dǎo)致位錯(cuò)增殖和滑移!增殖的位錯(cuò)通過滑移在某些障礙處G如夾雜物E空位E晶界H形成位錯(cuò)塞積!平面位

13、錯(cuò)塞積群使位錯(cuò)能量激增!處于高電化學(xué)活性狀態(tài)!與周圍的基體相比!該區(qū)域具有較低的局部腐蝕電位!客觀上表現(xiàn)為促進(jìn)產(chǎn)生孔蝕源!從而使此處發(fā)生優(yōu)先陽極溶解I其二!熔覆層中存在大量的金屬間化合物!而某些金屬間化合物與基體間存在較大的電位差!從而亦會發(fā)生選擇性的陽極溶解!形成孔蝕源"腐蝕進(jìn)行AB0-7!試樣表面的枝晶形貌已開始顯現(xiàn)!局部區(qū)域的腐蝕">?觀察發(fā)現(xiàn)!孔蝕坑的孔底及孔壁的腐蝕形貌均呈沿晶腐蝕形態(tài)G圖&KH"由于(-*4J>-合金層中的枝晶具有較高的機(jī)械強(qiáng)度!從而未發(fā)生脆斷裂紋!在腐蝕嚴(yán)重區(qū)!枝晶仍較完整!因此(-*4J;>-激光熔覆層空泡

14、腐蝕是以動應(yīng)力;孔腐蝕;晶間腐蝕的破壞機(jī)制進(jìn)行的"圖&試樣空泡腐蝕>?表面形貌,-.%&L)0).36/48)93):3)4)793586:39-0376FG)H9)2-;1)1-573456-5758ABACD+854AB0-7/136)7MGKH9)2-1)1-573456-5758+)6349+)MM3M854<#B0-7/136N結(jié)論CHABACD+合金表面(-*4J>-激光熔覆層組織主要以(-D+!(-$D+!(-D+$!D+$(-<金屬間化合物為主"<HABACD+激光熔覆(-*4J>-可使其空泡腐蝕性I-e!

15、I稀有金屬材料與工程-OOs#!fRfTUc-d-卷能提高!倍以上"在腐蝕介質(zhì)和動應(yīng)力綜合作用下#其空泡腐蝕破壞是以動應(yīng)力$孔腐蝕$晶間腐蝕的破壞機(jī)制進(jìn)行"參考文獻(xiàn)%&&(&)*&+,P.z#:#>#z?l:4I>04I4I|F34I04IuF:4lF734IF$E:5<9j:3;h<2B34I>B9FGBF9<:4;90<9BHD09!3":5<,.?n#/F4I5B<4:9"3;<=220H7qYL_LVWXNYMZWbM_LN_-OOf#8PRcTUdsO,

16、f.h3?E#E#4I#3:5<92:;34I0D:431El<4z$!3G%$.?$":5<u:9;D:G34I=220H5,7XNMaLmnWMYo_<2#-OOQ#-efR!ScTU-scS-Q!pLaqYWZWor,s.j$?E3:"%34:&35l1:4h#z:l:A37:5<9=220H34I:4;,.?(2:;34ID09190A34I>F9D:G<90<9B3<57)ZLx#-OOf#-efR-eTU!fdXNMaLaLYaL,Q.>#z#?C04I6F234lF<3;3F3%F4DD

17、<GB0D!304B<4B04$9:G%34I>F5G<B3"323BH:4;h3G905B9FGBF9<0DE:5<9G2:;$,.?#&<9!38>3=220H7XNMaLmnWMYopLaqYWZWor-OOf#QeRdTU!sO,O.=>!$O!#>/h>B:4;:9;*dB:4;:9;h<Bl0;0Di3"9:B09H?(Y:A3B:B304C905304/<5BYXMZ+WW,W(pMY$,.#U=>OO!#dU!xMNx_>l32:;<2l3:/h#-,-.

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19、I0D.?=2F134F1=220H5k3Bll9013F1,7XNMaLmnWM$#-OOP#seR!#dTU!-Yo_pLaqYWZWor王愛華T謝長生T,c.6:R#tR#uF4I=3lF:3<l:4I5l<4I:4I黃R6<3為T許春艷T#t?/$FlF4H:4Rl<E:5<9$.?w2:;34I0D=28904v<04:4=2>3=220H,7MNLLMZ稀有金屬材料與工程T#MLNMZ_MYxyYoYLLNYoR-./01.102)3(2+02)4&5./026(2)78690)0697882:;:<+0)=>.+&am

20、p;(?6(.*&-8.0)=2A0-(4?0-#!-#!dzl:4I>04I#zl:4IlF4lF:#E3Fl:4I5l<4I#h:4uR->#>-ee!d#Tl<4H:4IB43A<953BH0D/<Gl4020IHl<4H:4I-l34:R!0#>-eeec#T9Bl<:5B<94B43A<953BHl<4H:4I-l34:Rd/#u0#Tl<u04I04I02HB<Gl43GB43A<953BH4I04Il34:UEef-:7;+1(.*1:5<95F9D:G<G2:;34Ik3Bl!398>3:220H04f2F134F1:220Hk:5G:993<0FBF534I:!%6G04B34F0F5k:A<R$?/#G6T!;|=*2:5<9l<13G905B9FGBF9<l<13G:2G01053B3045:4;l:5<3;<4B3D3G:B3040DBl<10;3D3<2:H<95k