Ni/c-BN күшейтілген 316L тот баспайтын болаттан жасалған композициялық қаптама қабаты мартенситті баспайтын болаттан (ZG06Cr13Ni4Mo) бетінде дайындалған. лазерлік қаптау технологиясы. Әр түрлі Ni/c-BN мазмұнының қаптама қабатының микроқұрылымына және коррозияға төзімділігіне әсері XRD, SEM, EDS, электрохимиялық сынақ және эрозия сынағы арқылы талданған. Нәтижелер композиттік қаптама қабатының фазасы FeCr0.29Ni0.16C0.06 қатты ерітіндіден тұратынын көрсетеді. Ni/c-BN қосындысының жоғарылауымен жоғарғы құрылымдағы тең осьті кристалдар саны азайып, жасушалық дендриттер саны артады. Композиттік қаптама қабатының коррозияға төзімділігі алдымен жоғарылайды, содан кейін Ni/c-BN қосындысының жоғарылауымен төмендейді. Ni/c-BN қосындысы салмағы 5% болғанда, қаптама қабатының коррозияға төзімділігі ең жақсы болып табылады. Шамадан тыс Ni/c-BN қаптау қабатының бетінде кеуектерді тудырады және қаптама қабатының ішінде аз мөлшерде үлкен өлшемді қалдық c-BN пайда болады, бұл қаптама қабатының коррозияға төзімділігі мен эрозияға төзімділігін төмендетеді.

Мартенситті тот баспайтын болат тамаша қаттылық пен тозуға төзімділікке ие және турбиналық ағын бөлшектерін жасау үшін негізгі материал болып табылады. Дегенмен, ұзақ мерзімді сұйықтыққа батыру және шөгінді эрозиясы кезінде мартенситті баспайтын болаттан жасалған ағын бөліктері электрохимиялық коррозияға және эрозияға ұшырайды, нәтижесінде ағын бөліктерін жүйелі түрде ауыстыру қажет. Сондықтан ағын бөліктерінің қызмет ету мерзімін жақсарту үшін бетті модификациялау технологиясы қажет. Лазерлік қаптау технологиясы арқылы мартенситті тот баспайтын болаттан жасалған 316L аустениттік тот баспайтын болаттан жасалған коррозияға төзімді қаптама қабаты дайындалады және никельмен қапталған текше бор нитриді (Ni/c-BN) қаптау ұнтағының мазмұнын арттыру үшін қосылады. Қабық қабатының құрылымы мен коррозияға төзімділігін одан әрі жақсарту үшін қаптама қабатында N.
Бұл жұмыс мартенситті тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділігіне назар аударады, әртүрлі Ni/c-BN 316L қаптама қабатының құрылымы мен коррозияға төзімділігіне әсерін зерттейді және Ni/c-BN қаптама қабатындағы коррозияға төзімділік механизмін зерттейді.

1 Үлгіні дайындау және әдісі

Субстрат ретінде құйылған ZG06Cr13Ni4Mo мартенситті тот баспайтын болат таңдалды, ал тот баспайтын болаттан жасалған қаптама қабаты бөлшектерінің өлшемі 316~150 тор болатын аэрозольденген сфералық 325L баспайтын болат ұнтағын пайдаланды. Оның химиялық құрамы 1-кестеде көрсетілген. Ni/c-BN ұнтағы бөлшектерінің өлшемі 200~350 көзді құрайтын Funike Superhard Materials Co., Ltd. компаниясынан сатып алынған. Қолданылған никельмен қаптау әдісі химиялық қаптау болды. Лазерлік қаптау жабдығы RFL-A2000D біріктірілген жартылай өткізгіш лазер болып табылады. Сынақ параметрлері: лазер қуаты 1 100 Вт, сканерлеу жылдамдығы 6 мм/с, ұнтақты беру жылдамдығы 8 г/мин, қабаттасу жылдамдығы 45% және әртүрлі Ni/c-BN мазмұны бар 316L аустениттік тот баспайтын болаттан жасалған коррозияға төзімді қаптама қабаты ( 0, 5 мас.%, 10 мас.% және 15 мас.%) дайындалады. Қаптау қабатының жалпы ұзындығы 150 мм, ені 50 мм; қаптау қабатының балқу биіктігі 0.787 мм, балқу тереңдігі 0.228 мм, балқу ені 2.555 мм, сұйылту жылдамдығы 22.5%. Ni/c-BN 316L қаптама қабатының микроқұрылымына әсері XRD, SEM, EDS және басқа әдістермен талданады.

Үлгінің коррозияға төзімділігі CHI660E электрохимиялық жұмыс станциясының көмегімен тексерілді. Үлгі беті жұмыс электроды ретінде, платина электрод көмекші электрод ретінде және қаныққан каломель электроды (SCE) эталондық электрод ретінде пайдаланылды. Поляризация қисығы сынағы 3.5% NaCl ерітіндісінде жүргізілді. Сканерлеу потенциалының диапазоны -1.1~1.1 В, ал сканерлеу жылдамдығы 1 мВ/с болды. Эрозия сынағы суспензиялы резервуар түріндегі роторлы эрозия сынағы арқылы жүргізілді. Эрозия беті мен көлденең сызық арасындағы бұрыш эрозия бұрышы ретінде 45° болды. Төменгі жағынан үлгі орналасқан жазықтықтың биіктігі 60 мм болды. Эрозия сұйықтығы тазартылған су болды. Эрозияны сынау шарттары 2-кестеде көрсетілген. Эрозия жылдамдығы субстрат пен қаптама қабатының эрозияға төзімділігін бағалау үшін пайдаланылды, эрозиядан кейінгі беттік морфологиясы байқалды және талданды. Эрозия жылдамдығының өрнегі 1 формулада көрсетілген: E=Δm/S*t (1) Мұндағы: Δm – тозу массасының жоғалуы, г; S – эрозия ауданы, м2; t – эрозия уақыты, сағ.

2 Эксперимент нәтижелері және талдау

2.1 Қаптау қабатын бұзбай сынау нәтижелері

1-суретте қаптама қабатының бетінің бұзылмайтын сынау нәтижелері көрсетілген. Ni/c-BN қосындысы 10wt.%-дан аз болғанда, қаптама қабатының бетінде кеуектер мен жарықтар сияқты ақаулар болмайды (1а, б-сурет); Ni/c-BN қосындысы 10 масса% және 15 мас.% болғанда, қаптама қабатының бетінде аздаған тесіктер пайда болады (1c, d сурет). Ni/c-BN қосындысының ұлғаюымен балқытылған бассейндегі N элементі артады және реакция нәтижесінде келесі салқындату процесінде уақытында разрядталмайтын N2 түзіледі, осылайша кеуектер пайда болады.

2.2 Қаптау қабатының фазалық талдауы

2-суретте әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар 316L композиттік қаптама қабатының XRD спектрі көрсетілген. Композиттік қаптама қабаты FeCr0.29Ni0.16C0.06 аустенит құрылымынан тұрады және жаңа фаза түзілмейді. Себебі, Ni/c-BN қосу қаптама қабатындағы N элементтерінің құрамын арттырады, ол аустенит аймағын кеңейтіп, аустенитті тұрақтандырады, нәтижесінде қаптама қабатында карбидтер сияқты жаңа фазалардың тұнбалары болмайды. Сонымен қатар, 316L қаптама қабатының астық өсуінде қолайлы бағдар бар. Қосылған Ni/c-BN мөлшері ұлғайған сайын FeCr0.29Ni0.16C0.06 қатты ерітіндісінің дифракциялық шыңының биіктігі өзгереді, ал қалаулы бағыттың тенденциясы бірте-бірте әлсірейді; Ni/c-BN қосу 15wt.% болғанда, қалаған бағдар дерлік жоғалады.

2.3 Қаптау қабатының құрылымын талдау

3-суретте әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар 316L қаптама қабатының жоғарғы микроқұрылымдық морфологиясы көрсетілген. Ni/c-BN жоқ және салмағы 316% қосылған 5L композиттік қаптама қабатының үстіңгі құрылымы негізінен жұқа тең осьті кристалдардан және аз мөлшерде жасушалық дендриттерден тұрады (3a, b-сурет); Ni/c-BN қосындысы салмағы 5% артық болғанда, жоғарғы құрылымдағы жасушалық дендриттердің саны артып, тең осьті кристалдардың саны азаяды және аздаған қалдық c-BN бөлшектері пайда болады (3c, d-сурет). . Әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар 316L қаптама қабатының жоғарғы бөлігінің SEM нәтижелері 4-суретте көрсетілген. Ni/c-BN қосылмаған кезде, қаптама қабатындағы аустенит түйірлері негізінен белгілі бір бағыттылығы бар қаптама дәндері болып табылады. (4а-сурет). Ni/c-BN қосу дәндерді тазартады және қаптама қабатының түйіршік шекараларында қара блоктардың пайда болуына әкеледі (4б-д-сурет). Қаптау қабатының жоғарғы құрылымдық сипаттамалық аймағының ЭСҚ элементінің талдауы 3-кестеде көрсетілген. 1, 3, 5 және 8 тармақтардың барлығы аустенит түйіршіктерінің ішінде, 2, 4, 6 және 9 нүктелері түйіршіктердің шекаралары, ал нүктелер. 7 және 10 - үлкен қара блоктар.

3-кестеде көрсетілгендей, әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар қаптама қабаттарының үстіңгі құрылымдарының элементтерді қосу коэффициенттері ұқсас. Дәндер Fe, Cr және Ni элементтеріне бай, олар FeCr0.29Ni0.16C0.06 қатты ерітінділер; Cr элементтері астық шекараларында аз ғана бөлінген; қара затта негізінен толық ыдырамаған c-BN бөлшектері болып табылатын B және N элементтері бар. Құрамы төмен болғандықтан, олар XRD арқылы анықталмайды. Сонымен қатар, Ni/c-BN қосындысының жоғарылауымен қаптама қабатындағы аустениттегі N қосындысы артады. N элемент фазасының түйіршік шекарасында бөліну үрдісі С элементіне қарағанда жоғары болғандықтан, Cr23C6 сияқты көміртекті хром қосылыстарының кристалдануы және тұнбаға түсуі тежеледі.

2.4 Қаптау қабатының коррозияға төзімділігін талдау

2.4.1 Электрохимиялық коррозияны талдау

5-суретте субстраттың және 316% NaCl ерітіндісіндегі әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар 3.5L композиттік қаптама қабатының Тафель поляризациясының қисықтары көрсетілген. 5-суретте көрсетілгендей, негіз де, қаптама қабаты да коррозиялық ерітіндіде айқын пассивация әрекетін көрсетті, ал қаптама қабатының коррозияға төзімділігі субстратқа қарағанда жақсы болды; Ni/c-BN қосындысының жоғарылауымен қаптама қабатының коррозияға төзімділігі алдымен жоғарылау, содан кейін төмендеу үрдісін көрсетті. Ni/c-BN қосындысы 5wt.% болғанда, қаптама қабатының пассивация интервалының ені ең үлкен болды, ал қаптама қабаты коррозияға ең жақсы төзімділікке ие болды. Бұл, негізінен, Ni/c-BN қосу қаптама қабатындағы N құрамын жоғарылатады, бұл түйіршікаралық хром карбидінің тұнбасын тежейді және хромы аз аймақтардың түзілуін болдырмайды, түйіршік аралық коррозия үрдісін төмендетеді. пассивациялық пленканы еріту және коррозияға төзімділікті жақсарту. Сонымен қатар, Ni/c-BN қосу дәндердің өсуін тежейді және дәндерді тазартуда рөл атқарады (4-сурет), қаптама қабатының коррозияға төзімділігін одан әрі жақсартады. Алайда, Ni/c-BN қосу мөлшері 5wt.%-дан артық болғанда, қаптама қабатының бетіндегі кеуектер коррозияны күшейте отырып, жабын қабатының ішкі бөлігіне коррозиялық сұйықтықтың түсуіне мүмкіндік береді (1в, г-сурет). ауданы және қаптама қабатының ішінде микро-галваникалық элементтерді қалыптастыру, коррозия жылдамдығын арттыру және қаптама қабатының коррозияға төзімділігін төмендету [10-11].

2.4.2 Қаптау қабатының эрозиясына сынауды талдау

Әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар субстрат пен 316L композиттік қаптама қабатының эрозиясының тозу жылдамдығы 6-суретте көрсетілген. Қышқыл ортада қаптама қабатының орташа эрозия жылдамдығы субстратқа қарағанда төмен, ал Ni/c-BN қосындысының жоғарылауы, композициялық қаптама қабатының эрозия жылдамдығы алдымен жоғарылайды, содан кейін төмендейді, коррозияға төзімділікпен бірдей үрдісті көрсетеді. Ni/c-BN қосындысы 5wt.% болғанда, композиттік қаптама қабатының эрозия жылдамдығы 33.3 г·м'-2·сағ-1 құрайды, бұл эрозияға ең жақсы төзімділікке ие.

7-суретте қышқылдық ортада әртүрлі Ni/c-BN қосындылары бар 316L композиттік қаптама қабаттарының эрозия бетінің морфологиясы көрсетілген. Нәтижелер Ni/c-BN қосылмаған қаптама қабатының беткі зақымдануы анағұрлым ауыр екенін көрсетеді, материалдың экструзиясымен бірге жүретін ойықтар мен соққы шұңқырларының көптігі бар (сурет 7а); Ni/c-BN қосындысы 5wt.% болғанда, қаптама қабатының беті тұтастай алғанда ең тегіс болады, кесу ойықтары пайда болмайды және бетінде шағын өлшемді соққылы шұңқырлар таралады (7б-сурет). ; Ni/c-BN қосындысы 10wt.% болғанда, қаптама қабатының соққы шұңқырлары ұлғаяды, өлшемі мен тереңдігі ұлғаяды, жергілікті материалдың жоғалуы артады (7в-сурет); Ni/c-BN қосындысы 15wt.% болғанда, қаптама қабатының бетінде көптеген қара шұңқырлар пайда болады (7d-сурет). Эрозия процесі кезінде қаптама қабатының беті бір мезгілде эрозия ортасындағы қиыршық таспен тозып, қышқыл ортамен тоттанады. Сондықтан қаптама қабатының коррозияға төзімділігін жақсарту оның эрозияға төзімділігін тиімді түрде жақсартуға мүмкіндік береді. Алайда, Ni/c-BN қосу мөлшері 5wt.%-дан жоғары болғанда, қаптама қабатының эрозияға төзімділігі төмендейді және бетінің морфологиясы нашарлайды. Бір жағынан қаптама қабатының коррозияға төзімділігінің төмендеуіне байланысты (5-сурет) қаптама қабатының бетінің қышқыл ортаға төзімділігі төмендейді; екінші жағынан, қаптама қабатында қалған c-BN бөлшектері эрозия процесі кезінде түсіп, материалдың жоғалуын арттырады.

3 Қорытынды

(1) Композиттік қаптама қабаты аустенит фазасының қатты ерітіндісінен (FeCr0.29Ni0.16C0.06) және аз мөлшерде ыдырамаған c-BN; Ni/c-BN қосу қаптама қабатындағы кристалдардың қолайлы бағдарын әлсіретеді.

(2) Ni/c-BN қосындысының ұлғаюымен қаптама қабатының үстіңгі құрылымы үздіксіз тазартылады, бағаналы кристалдар мен тең осьті кристалдар саны азайып, жасушалық дендриттердің саны артады.

(3) Ni/c-BN қосындысының ұлғаюымен композиттік қаптама қабатының коррозияға төзімділігі мен эрозияға төзімділігі алдымен артады, содан кейін төмендейді. Ni/c-BN қосындысы 5 масса% құрайтын композициялық қаптама қабаты коррозияға ең жақсы төзімділікке ие.