激光表面合金化俄文的316 l不锈钢和镍混合物

文摘

AISI 316 l不锈钢的表面的激光与钌合金粉末和钌、镍粉的混合物用连续波Nd: YAG激光设置在固定的操作参数。微观结构、元素组成,分析了合金的腐蚀特征区使用光学和扫描电子显微镜(SEM),能量色散x射线能谱(EDX)和腐蚀电位测量。合金带的深度测量使用AxioVision计划和发现所有合金标本约1.8毫米。硬度剖面测量通过surface-substrate界面显示显著增加从160年高压衬底的最多247高压合金层。样品激光合金80 wt % Ni-20 wt %提出最高贵的腐蚀电位的V和腐蚀电流密度最低。

1。介绍

钌的轻微增加钢的总体积了许多减少环境中的耐腐蚀性能显著改善[1]。钌合金具有修改属性,使他们的候选人合金取代昂贵的镍基合金目前更激进的腐蚀环境中使用(2]。然而,由于高成本与钌、散装合金目前不是一个可行的手段,虽然机会探索方法存在。例如,streich [3)观察到的协同效益,钌、镍钢加在一起。这个观察提供了一个机会来减少钌/添加合金化过程中,体积还呈现显著的提高耐蚀性。因此,轻微增加钌与镍一起提供了一个经济上声音的方法修改合金的腐蚀性能。此外,由于腐蚀是一种表面现象,一个同样具有成本效益的方法是添加这些只从表面上看,地方保护是最需要的。

激光表面改性技术已经广泛研究了选择性改善表面的磨损,硬度和腐蚀4- - - - - -7]。激光表面合金化技术尤其适用于情况改变表面的化学成分和微观结构是必需的。激光表面合金化技术使外部合金元素添加到生成的散装材料通过激光熔池。一般来说,外部的合金材料所需的衬底表面ai在修改后或送入熔池中。熔融的合金材料反应表面创建一个新的合金层表现出独特的性质,如高的耐蚀性。的研究在激光表面耐腐蚀合金铁素体Fe-40Cr合金与钌(俄文)显示改善当受到某些腐蚀性环境(8]。尽管这些有益的结果,钌(俄文)的合金表面改性来提高其腐蚀性能却没有得到足够关注。在南非,有新的兴趣调查的影响,添加少量的俄文为提高不锈钢的耐腐蚀金属。它建立了小添加俄文的钢的腐蚀电位变化更高尚的价值观(1]。streich [3)指出,倪也有潜在的好处。

在这项研究中,激光表面合金化的符合美国钢铁协会的316与俄文和(俄文+ Ni)混合粉末进行了研究。大量的俄文的效果添加到研究了合金层通过选择混合使用以下成分(80 wt %倪+ 20 wt %俄文)和(50 wt %倪+ 50 wt %俄文)。目标(s)一直保持低俄文的内容,同时保持优越的耐蚀性。显微组织、化学成分、硬度和腐蚀行为分析了合金层的使用扫描电镜,EDX,硬度计,腐蚀电位。

2。实验的细节

2.1。激光表面合金化

符合美国钢铁协会的316不锈钢是切成10×5×0.5厘米矩形板。板的表面喷砂、激光表面合金化之前与丙酮清洗。和钌镍粉的商业形式的纯洁,99.6 wt % 99.9 wt %,分别用于表面合金样品符合美国钢铁协会的316不锈钢。特定的俄文的粉末喜忧参半:倪wt %的比例,和表1显示了在每个样本使用的粉重量比率。混合粉末钢表面ai在修改后使用化学粘合剂。粉末涂料ai在修改后的厚度可以控制的约1毫米。

激光表面合金化是执行Rofin金光DY044连续波Nd: YAG激光。一个600μm光纤用于引导激光激光加工头。处理头安装在库卡的铰接式机器人手臂。激光被设定为一个固定的距离12毫米在衬底之上。激光工艺参数都保持相同的样本。光束直径,激光功率和扫描速度4千瓦,4毫米,分别和0.8 m / s。这些参数是经过大量的实验测试完成建立可接受的合金。大型覆盖区域是由平行的轨道重叠2毫米。整个激光表面合金化惰性氩气环境中进行操作,防止氧化。

2.2。材料表征

金相试样被切割样品准备票据交换所合金层和分别安装块胶木或/和璐彩特粉使用越来越多的新闻。以电解蚀刻的样本在60 wt %硝酸在蒸馏水1.5 V 20年代。微观结构和元素成分资料进行评估使用蔡司Axiotech 25高清显微镜和地产5800 LV和能量色散x射线能谱(EDS)、扫描电镜分别。硬度是决定使用future tech fm - 700维氏硬度测试仪器。

2.3。电化学测试

进行腐蚀试验在80%硫酸溶液保持在60°C使用如何浴。激光合金表面的耐腐蚀性能是评价通过电化学极化测量使用Autolab稳压器,利用铂为相反的电极,饱和silver-silver氯电极作为参比电极。为每个合金Potentiodynamic极化曲线得到。0.1 mV /秒的扫描速度是用来进行测量。

3所示。结果与讨论

3.1。激光合金层的微观结构

图1光学显微照片显示合金1的截面图;切割垂直于扫描方向。横截面的宽度和深度约4毫米和1.8毫米,分别。裂缝和孔隙的合金区是免费的。横截面显示三个不同的区域:合金层、过渡区和热影响区。合金的微结构区显示柱状谷物归因于快速融化和定向凝固。也获得了类似的横截面的其他合金。

图2高倍光学显微图显示合金1和2。合金的显微组织如图12(一个),由树突微结构,合金2(图2 (b))表现出不同方向的树突和柱状颗粒。这证实了晶粒生长方向发生在优惠。的微观结构在图2是典型的焊珠冷却在非平衡条件下(9]。钌分布在整个焊缝是同质的。

激光合金层的平均化学成分通过EDX分析如表所示2。元素组成的合金层与合金材料是一致的。合金材料融化,溶解到基材。

3.2。显微硬度

显微硬度测量整个bead-substrate界面显示硬度显著增加,从158年不同高压为符合美国钢铁协会的316衬底247高压激光合金珠,合金1,图3。合金硬度的增加1和2可以归因于他们的俄文和镍含量高,以及微观结构的变化,由于激光加热。钌和镍合金的硬化效应是众所周知的10]。

3.3。Potentiodynamic极化行为

Potentiodynamic极化曲线测试的样品在80%硫酸60°C图所示4。尽管所有样本表现出钝化,水平的不稳定与被动层上形成裸露的衬底材料。裸露的衬底和9.6 wt %俄文表面腐蚀与腐蚀电位()和他们在比较两种钝化电流密度,。5.6 wt %俄文的被动地区样本,表明阳极反应是抑制极化增强的潜力。此外,从图可以看出45.6 wt %俄文样本表现出高贵的腐蚀电位(−0.18 V)和一个值和最低的腐蚀电流密度(),其值约为5×10⁻⁵一个/厘米²。相反,底物显示最低的−0.25 V的值和最高1×10的价值⁻³一个/厘米²,建议5.6 wt %俄文合金表现出最好的防腐性能。尽管其更高的俄文内容,合金1显示少改善符合美国钢铁协会的316不锈钢的腐蚀性能比合金2。合金的腐蚀性能越好2可以归因于镍含量越高。另一方面,合金1中未溶解的俄文粒子的存在是贫穷的标志合金化和最有可能导致可怜的腐蚀性能。结果表明,显微组织的性质和其他合金元素如镍起到至关重要的作用在俄文在钢的腐蚀性能的影响。高镍含量增强俄罗斯的影响。这种现象已经被Steicher[观察3和之后11),尽管在低浓度小于0.5 wt %俄文。

4所示。结论

更高的俄罗斯表面上的内容并不一定给更好的腐蚀行为。俄文的腐蚀行为的影响取决于表面的镍。高镍内容显示更有效提高耐蚀性。因此,激光表面合金化和俄文和倪在一起提供了一个经济的方式使用这两个元素,因为可以保持最佳的俄文数量低最大腐蚀增强。合金表面的性质很大程度上影响粉ai在修改后的成分的变化,从而表明激光表面合金化是依赖于系统的。进一步调查表面与钌、镍合金,特别是确定最优组合的最大腐蚀改进各种钢铁表面,强烈推荐。激光表面合金化与俄文可以用于各种合金和镍。表面合金化方法可能是特别适合工程组件或厚板需要更好的腐蚀特性,虽然合金应足以确保解决方案中的所有元素。

确认

作者要感谢CSIR-National激光中心使用其设施。科技部和国家研究基金会,南非,感谢资助和支持。

引用

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2. p . a . Olubambi j·h·波特,l·康沃尔郡的“superferritic不锈钢的腐蚀行为cathodically修改钌的轻微增加硫酸和盐酸,”材料和设计,30卷,不。5,1451 - 1457年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. m·a·streich“耐点蚀Fe-Cr-Mo合金的发展,”腐蚀,30卷,不。3、77 - 91年,1974页。视图:谷歌学术搜索
4. l . a . b . Mabhali s l . Pityana, n .麻袋,“激光表面合金化的铝(AA1200)倪和碳化硅粉”材料和制造工艺,25卷,不。12日,第1403 - 1397页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. l . Mabhali s Pityana, n .麻袋,“激光与混合镍合金铝,钛和碳化硅粉末,“激光应用杂志,22卷,不。4、121 - 126年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
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10. c . a . Hampel稀有金属手册美国,纽约,纽约,1954年。
11. 之后,Fe-Cr-Ru合金的钝化在酸性(博士的解决方案。论文)曼彻斯特大学,1987。

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