Stal nierdzewna Cr-Ni ma doskonałą odporność na korozję środowiskową i jest szeroko stosowana w przemyśle naftowym, chemicznym, lotniczym, inżynierii morskiej itp. Wśród nich stal nierdzewna 304 ma dobrą odporność na korozję i odporność na ciepło i jest szeroko stosowana w nowoczesny przemysł. Jednakże w silnie korozyjnych środowiskach przemysłowych i silnie zanieczyszczonych atmosferach, takich jak kwasy nieorganiczne, jego odporność na korozję w organizmie nadal nie spełnia wymagań, a jego żywotność musi zostać przedłużona poprzez technologię ochrony powłok powierzchniowych. Nowoczesne technologie powlekania powierzchni, takie jak naparowywanie, chemiczna obróbka cieplna, galwanizacja, natryskiwanie cieplne i napawanie laserowe, to ważne metody poprawy odporności powierzchni materiałów na korozję. Badania wykazały, że jednolite i gęste powłoki można przygotować za pomocą technik galwanizacji i osadzania z fazy gazowej, a powłoki charakteryzują się wysoką czystością i możliwym do kontrolowania składem. Menga i in. przygotowali gęstą superhydrofobową powłokę Zn-Fe na powierzchni stopu magnezu poprzez galwanizację. Powłoka wykazała doskonałe właściwości samooczyszczania, odporność na zużycie i korozję. W porównaniu z podłożem ze stopu magnezu odporność na korozję powłoki wzrosła o 87%. Shan i in. nałożył powłoki CrN i CrSiN na stal nierdzewną 316L, co zwiększyło twardość powierzchni, poprawiło odporność na korozję w wodzie morskiej oraz właściwości tribologiczne materiału. Powłoki przygotowano metodą chemicznej obróbki cieplnej, natryskiwania cieplnego i innymi metodami, a dokładność powierzchni i grubość można było kontrolować, proces był prosty i łatwy w obsłudze. Xun Qingting i in. wzmocniło powierzchnię stali GCr15 poprzez chemiczną obróbkę cieplną, dzięki czemu znacznie poprawiła się jej twardość, a grubość zahartowanej warstwy osiągnęła 0.25 mm. Liu i in. z powodzeniem przygotowali powłoki Ag-BN metodą natryskiwania plazmowego, co obniżyło współczynnik tarcia powłok i poprawiło ich odporność na zużycie.

Powłoki przygotowane technologią galwanizacji i naparowywania charakteryzują się słabą siłą wiązania z podłożem i niewielką grubością. Powierzchnia powłoki natryskowej jest szorstka i ma dużą porowatość. Chemiczna obróbka cieplna stawia wysokie wymagania materiałowi podłoża, a powłoka jest trudna do spełnienia wymagań długotrwałej pracy. W porównaniu z innymi technologiami obróbki powierzchni, technologia napawania laserowego ma zalety w postaci wysokiej wydajności, niskiego rozcieńczenia i dobrego wiązania metalurgicznego. Często stosuje się go do przygotowania wysokiej jakości powłok o wysokiej twardości, dużej odporności na zużycie i odporności na korozję, które mogą osiągnąć cel naprawy i modyfikacji powierzchni przedmiotu obrabianego.

Technologia powlekania laserowegogeneralnie wykorzystuje proszek metalowy, proszek ceramiczny i proszek kompozytowy metalowo-ceramiczny jako materiały okładzinowe. Proszek metalowy ma dobrą zwilżalność w materiale podłoża i łatwiej jest utworzyć ścisłe wiązanie metalurgiczne, poprawiając w ten sposób wydajność procesu formowania powłoki. Ouyang Changyao i in. nałożono laserowo proszek na bazie kobaltu Stellite12 na powierzchnię stali nierdzewnej 304 i zbadano mikrostrukturę, rozkład pierwiastków, fazę i właściwości powłoki. Wyniki wykazały, że jakość powierzchni powłoki była dobra i nie posiadała widocznych wad. Utworzył wiązanie metalurgiczne z podłożem, a odporność na korozję została znacznie poprawiona w porównaniu z podłożem. Yang Wenbin i in. [23] opracowali dwa rodzaje powłok metalicznych na bazie żelaza i kobaltu na powierzchni stali kół ER8. Powierzchnia powłoki była jednolita i gęsta, tworząc dobre wiązanie metalurgiczne. Wszystkie naprawione próbki stali do kół wykazały dobrą odporność na zużycie i korozję. W porównaniu z metalami ceramika ma wyższą twardość, a także lepszą odporność na zużycie, odporność na korozję, odporność na ciepło i odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze. Ponieważ właściwości fizyczne i chemiczne ceramiki, takie jak moduł sprężystości i współczynnik rozszerzalności cieplnej, znacznie różnią się od właściwości metali, w procesie formowania okładziny łatwo powstają defekty, takie jak pęknięcia i pory, wpływając w ten sposób na siłę wiązania pomiędzy powłoką a podłoża, co skutkuje obniżoną jakością i wydajnością powierzchni. Wang Ran i in. rozwiązało problemy powłok ceramicznych Al2O3-ZrO2, takie jak duża kruchość i łatwe pękanie, w pewnym stopniu poprzez wstępne podgrzanie podłoża. Po podgrzaniu w temperaturze 300°C wrażliwość powłoki na pękanie uległa znacznemu zmniejszeniu, lecz pęknięcia nadal występowały. Badania wykazały, że zastosowanie metalowo-ceramicznych powłok kompozytowych może rozwiązać problem wąskiego gardła w powłokach ceramicznych. Proszki kompozytowe metalowo-ceramiczne mają wytrzymałość i dobrą przetwarzalność proszków metali, a także wysoką twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję ceramicznych materiałów proszkowych. Wybierając różne typy proszków metalowych i ceramicznych oraz dostosowując proporcje składu obu, można otrzymać powłoki kompozytowe metalowo-ceramiczne o niewielkiej liczbie defektów i dużej sile wiązania. Związki międzymetaliczne i niestopione ceramiczne cząstki wzmacniające w strukturze powłoki sprzyjają specyficznym funkcjom powłoki kompozytowej (takim jak odporność na korozję, odporność na zużycie, odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze itp.). Powszechnie stosowane proszki kompozytowe metalowo-ceramiczne obejmują proszki kompozytowe na bazie Fe, Co i Ni wzmocnione cząstkami ceramicznymi, takimi jak WC, SiC i Al2O3, które są szeroko stosowane do wytwarzania powłok kompozytowych metalowo-ceramicznych o wysokiej twardości, odporności na zużycie i silna odporność na korozję. Wśród nich ceramika Al2O3 ma wysoką temperaturę topnienia, wysoką twardość, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz dużą stabilność fizyczną i chemiczną. Naukowcy krajowi i zagraniczni przeprowadzili szeroko zakrojone badania nad powłokami ceramicznymi Al2O3. Wyniki pokazują, że powłoki ceramiczne z czystego Al2O3 mają problemy, takie jak duża porowatość i słaba siła wiązania. Zhou Jianzhong i in. przygotowali powłoki metalowo-ceramiczne Fe2 wzmocnione ceramiką Al3O901 przy użyciu napawania laserowego, które skutecznie poprawiło twardość i odporność powłoki na zużycie. Ni ma dobrą ciągliwość i dobry efekt wiązania. Dodając Ni, można skutecznie poprawić wydajność osadzania i właściwości mechaniczne powłoki, a także zwiększyć wytrzymałość na przypinanie cząstek Al2O3 w powłoce kompozytowej. Powłoka kompozytowa na bazie niklu wzmocniona Al2O3 ma wysoką twardość i siłę wiązania oraz wykazuje dobre właściwości ochronne powierzchni. Obecnie badania powłoki kompozytowej Ni-Al2O3 skupiają się głównie na jej odporności na zużycie i mechanizmach z nią związanych, a niewiele jest doniesień na temat odporności powłoki na korozję. W tym artykule opisano metodę wstępnie sproszkowanego nanoszenia powłoki kompozytowej metalowo-ceramicznej Ni-Al2O3 na powierzchni stali nierdzewnej przy użyciu technologii nanoszenia laserowego. Dzięki temu udało się połączyć wysoką stabilność chemiczną metalicznego Ni z efektem wzmocnienia twardości Al2O3, znacznie zmniejszyć szybkość reakcji korozyjnej i poprawić twardość powierzchni materiału, osiągając w ten sposób podwójny cel: poprawę odporności na korozję i twardości powierzchni stali nierdzewnej 304.

1 eksperyment

Materiały 1.1
Podłoże do napawania laserowego to stal nierdzewna 304, a jego skład chemiczny (w ułamku masowym) wynosi: S 0.002%, P 0.042%, C 0.07%, Si 0.89%, Mn 1.92%, Ni 8.1%, Cr 18.2%, a reszta to Fe. Rozmiar wynosi 200 mm x 150 mm x 15 mm, a mikrostrukturę podłoża pokazano na rysunku 1. Proszek okładzinowy to dostępny w handlu proszek Ni o wysokiej czystości (średnia wielkość cząstek 100 nm, czystość 99.0%) i proszek Al2O3 (średnia wielkość cząstek 2 µm, czystość 98.0%). Wymieszany proszek mieszano w młynku poziomym QM-1 przy prędkości mielenia 250 obr/min przez 6 h, aby proszek był równomiernie wymieszany. Przed nakładaniem zmieszany proszek umieszczono w suszarce próżniowej w temperaturze 150°C na 3 godziny w celu usunięcia wilgoci. Przed okładziną powierzchnię podłoża wypolerowano papierem ściernym SiC i powierzchnię podłoża oczyszczono acetonem w celu usunięcia tłuszczu. Podłoże podgrzano do 300°C, aby zmniejszyć naprężenia termiczne spowodowane ogromnym gradientem temperatury pomiędzy podłożem a powłoką. W celu zapewnienia stabilności powłoki kompozytowej wykonano napawanie laserowe przy użyciu proszku wstępnie utwardzonego, a grubość proszku wstępnie utwardzonego wynosiła 0.9 mm.

1.2 Przygotowanie powłoki
W sprzęcie okładzinowym zastosowano laserowy inteligentny system produkcyjny JHL-1GX-2000 o maksymalnej mocy 2 kW. Parametry procesu napawania: moc lasera 1.2 kW, średnica plamki 3 mm i prędkość skanowania 350 mm/min. Po zakończeniu platerowania próbkę naturalnie schładza się do temperatury pokojowej. Próbkę wycina się wzdłuż przekroju powłoki kompozytowej metodą cięcia drutem i oczyszcza w bezwodnym etanolu za pomocą myjki ultradźwiękowej w celu uzyskania próbki metalograficznej. Po zeszlifowaniu i wypolerowaniu próbkę trawiono przez 25 s mieszanym roztworem HCl (udział objętościowy 75%) i HNO3 (udział objętościowy 25%).

1.3 Morfologia powłoki i charakterystyka fazowa
Mikrostrukturę podłoża obserwowano za pomocą mikroskopu optycznego Eclipse MA200 (OM), natomiast morfologię powłoki kompozytowej i jej powierzchni korozyjnej obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego VEGA3 (SEM) ze spektrometrem dyspersji energii (EDS), a energię przeprowadzono analizę widma. Skład fazy powłoki kompozytowej analizowano za pomocą wielofunkcyjnego dyfraktometru rentgenowskiego (XRD, napięcie 40 kV, prąd 200 mA, kąt dyfrakcji 2θ 20°~80°).

1.4 Charakterystyka właściwości powłokowych
Mikrotwardość przekroju powłoki kompozytowej badano mikrotwardościomierzem HV 1000A przy masie obciążającej 400 g i czasie obciążania 30 s. Odległość pomiędzy każdą pozycją pomiarową wynosiła 0.1 mm. Dla tej samej grupy próbek zbadano 3 punkty w tej samej odległości od powierzchni powłoki i przyjęto wartość średnią.
Powłokę kompozytową uszczelniono klejem organicznym odsłaniając 1 mm2 powierzchni i wykonano próbkę korozyjną. Próbkę korozji umieszczono w rozcieńczonym kwasie solnym o stężeniu 1 mol/l i zanurzono w korozji w temperaturze pokojowej na 5 godzin. Po usunięciu produktów korozji ją zważono i obliczono szybkość korozji ubytku masy powłoki kompozytowej, korzystając z ubytku masy korozyjnej: VL= (m1-m0)/t.
Gdzie m1 to masa próbki przed korozją, m0 to masa próbki po korozji, a t to czas korozji. Do badania potencjodynamicznej krzywej polaryzacji powierzchni próbki korozji powłoki kompozytowej o grubości 4000 mm1 wykorzystano stanowisko elektrochemiczne Ametek Parstat 2. Medium korozyjnym był rozcieńczony roztwór kwasu solnego o stężeniu 1 mol/L, elektrodą odniesienia była elektroda Ag/AgCl, elektrodą pomocniczą była elektroda Pt, a elektrodą pracującą była próbka korozji o powierzchni 1 mm2. Po zanurzeniu w potencjale obwodu otwartego na 60 min, badanie przeprowadzono po ustabilizowaniu się. Przeprowadzono potencjodynamiczne badanie polaryzacji w zakresie -1.5~1.5 przy prędkości skanowania 1 mV/s i dopasowano potencjał korozyjny oraz gęstość prądu korozyjnego powłoki kompozytowej.

2 Wyniki i dyskusja

2.1 Morfologia powłoki i analiza fazowa
Mikrostrukturę przekroju powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 przedstawiono na rysunku 2. Jak widać na rysunku 2a, powłoka kompozytowa ma jednolitą strukturę, nie ma widocznych wad, takich jak pory i pęknięcia, a pomiędzy powłoką kompozytową a podłożem występuje wyraźny obszar wiązania metalurgicznego. Powłokę kompozytową można podzielić na trzy części: warstwę okładzinową (CL), strefę wiązania metalurgicznego (MBZ) i strefę wpływu ciepła (HAZ). Jak pokazano na rysunku 2b, struktura na dole strefy CL to drobne kryształy komórkowe. Jak pokazano na rysunku 2c, środek strefy CL jest kryształem kolumnowym o kierunkowym wzroście. Jak pokazano na rysunku 2d, struktura na szczycie strefy CL to drobne, równoosiowe kryształy. Ponieważ wiązka lasera skanuje proszek przez bardzo krótki czas, a temperatura szybko spada, powłoka kompozytowa krzepnie i szybko się stygnie, tworząc stosunkowo jednolitą i delikatną strukturę. Zgodnie z teorią krzepnięcia morfologię zestalonej struktury określa współczynnik stabilności (G/R) granicy faz ciało stałe-ciecz, gdzie G jest gradientem temperatury, a R jest szybkością krzepnięcia. Dno strefy CL znajduje się blisko podłoża, z dużą szybkością chłodzenia i dużym stopniem przechłodzenia, tworząc drobne kryształy komórkowe. Podczas procesu krzepnięcia szybkość chłodzenia prostopadła do powierzchni styku jest najszybsza, a szybkość krystalizacji ziarna jest najszybsza. Dlatego w środku strefy CL powstają kryształy kolumnowe, w kierunku prostopadłym do granicy faz, jak pokazano na rysunku 2c. Jak pokazano na rysunku 2d, górna część strefy CL styka się z powietrzem, szybkość chłodzenia jest duża, przechłodzenie jest duże, a szybkość chłodzenia we wszystkich kierunkach jest taka sama, tworząc drobne, równoosiowe kryształy. Podczas procesu krzepnięcia różne szybkości chłodzenia prowadzą do różnych mikrostruktur. W oparciu o właściwości szybkiego topienia i krzepnięcia napawania laserowego, struktura powłoki kompozytowej jest znacznie udoskonalona w porównaniu z podłożem. Wyniki analizy skaningu powierzchni EDS powłoki kompozytowej (rys. 2) przedstawiono na rysunku 3. Jak pokazano na rysunkach 3a~c, pierwiastki Fe i Cr są równomiernie rozmieszczone w powłoce i podłożu, natomiast Ni występuje głównie w strefie CL. Pierwiastki Al i O (jak pokazano odpowiednio na rysunkach 3d i e) są rozmieszczone głównie w górnej części strefy CL, co dowodzi, że cząstki Al2O3 są rozmieszczone głównie w górnej części strefy CL, a powłoka kompozytowa składa się z metalu warstwę i warstwę ceramiczną. Kluczem do powstania powłok z kompozytów metalowo-ceramicznych jest dyspersja Ni i Al2O3 w proszku oraz różnica w absorpcji przez nie energii lasera. Kiedy wysokoenergetyczny laser skanuje proszek kompozytowy, proszek i powierzchnia podłoża są natychmiast topione pod wpływem wysokiej temperatury. Ponieważ temperatura topnienia Al2O3 jest wyższa niż Ni, większość energii lasera jest pochłaniana przez proszek Ni, a proszek Ni ulega całkowitemu stopieniu. Część proszku Al2O3 jest lekko stopiona, ale Al2O3 pozostaje w postaci granulatu. Po zeskanowaniu proszku przez wysokoenergetyczny laser, proszek Ni i podłoże zostają całkowicie stopione, tworząc stopiony basen. W roztopionym jeziorku powstaje silna konwekcja, a cząstki Al2O3 są równomiernie rozproszone. Ponieważ gęstość cząstek Al2O3 jest mniejsza niż fazy metalicznej, są one rozmieszczone głównie na wierzchu powłoki kompozytowej (jak pokazano na rysunku 4), tworząc warstwę ceramiczną. Związki międzymetaliczne rozmieszczone są w powłoce kompozytowej, tworząc warstwę metaliczną. Ponieważ Ni charakteryzuje się dobrą zwilżalnością przez matrycę metalową, powstaje dobra powierzchnia wiązania metalurgicznego, dzięki czemu powłoka kompozytowa jest trwalsza i mocniej związana z podłożem.

W celu określenia składu fazowego powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 przeprowadzono analizę powłoki kompozytowej metodą XRD. Wyniki przedstawiono na rysunku 5. Faza powłoki kompozytowej składa się głównie z roztworów stałych Al2O3, Fe-Ni i Fe-Ni-Cr. Ponieważ promień atomowy Fe jest bardzo zbliżony do promienia Cr i Ni, Fe topi się i dyfunduje pod wpływem wysokoenergetycznego napromieniowania laserowego i łączy się z Cr i Ni, tworząc stałe roztwory Fe-Ni i Fe-Ni-Cr, które istnieją w wysokich temperaturach jako austenit, a po ochłodzeniu przekształca się w martenzyt. Istnienie roztworów stałych Fe-Ni i Fe-Ni-Cr wskazuje, że matryca i proszek Ni zostały całkowicie stopione, a Fe w matrycy zostało całkowicie rozproszone w stopionej jeziorze. W połączeniu z analizami SEM i EDS można zauważyć, że cząstki ceramiczne Al2O3 nie są całkowicie stopione, a większość z nich nadal istnieje w postaci cząstek, co dodatkowo potwierdza istnienie fazy ceramicznej Al2O3.

Przekrój poprzeczny i morfologię powierzchni powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 pokazano na rysunku 6. Jak pokazano na rysunkach 6a, c, e i g, przekroje poprzeczne powłoki Ni, Ni-15%Al2O3 i Powłoki kompozytowe Ni-25%Al2O3 są gęste i nie mają widocznych wad. Cząsteczki Al2O3 ulegają lekkiemu stopieniu pod wpływem wysokoenergetycznego napromieniowania laserowego, ukazując jasnoszarą, nieregularną strukturę ziarnistą. Lekko stopione cząstki Al2O3 powodują efekt przypinania pod działaniem wiążącym roztworów stałych Fe-Ni i Fe-Ni-Cr i są mocniej połączone, poprawiając w ten sposób efekt formowania powłoki kompozytowej. Wraz ze wzrostem zawartości Al2O3 stopniowo zwiększa się liczba cząstek Al2O3 w powłoce kompozytowej. W przekroju powłoki kompozytowej Ni-35%Al2O3 stwierdzono większą liczbę porów, cząstki Al2O3 uległy aglomeracji, a cząstki Al2O3 i związki międzymetaliczne utworzyły pory, które nie były trwale połączone, co w łatwy sposób doprowadziło do zmniejszenia wydajność powłoki kompozytowej. Jak pokazano na rysunkach 6b, d, f i h, na powierzchni powłok kompozytowych Ni, Ni-15%Al2O3 i Ni-25%Al2O3 nie występują widoczne defekty, natomiast na powierzchni powłok kompozytowych znajdują się wyraźne pęknięcia i pory. Ni-35%Al2O3
powłoki kompozytowe. Pęknięcia są spowodowane głównie nadmiernymi naprężeniami wynikającymi z aglomeracji cząstek Al2O3 i nierównomiernego rozmieszczenia pierwiastków. Ze względu na szybkie topienie powłoki kompozytowej, gaz powstający w wyniku reakcji pierwiastków takich jak C i S z O nie ma czasu na ucieczkę, tworząc w ten sposób pory. Jak pokazano na rysunku 6, po dodaniu odpowiedniej ilości Al2O3 powierzchnia powłoki kompozytowej jest zwarta i pozbawiona widocznych defektów; po dodaniu nadmiernej ilości Al2O3 powłoka kompozytowa jest podatna na defekty, takie jak pory i pęknięcia.

2.2 Analiza mikrotwardości
Krzywą zmiany mikrotwardości przekroju powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 w kierunku głębokości przedstawiono na rysunku 7. Mikrotwardość podłoża wynosi około 164HV, a mikrotwardość powłoki kompozytowej może dochodzić do 1026.3 WN. Mikrotwardość mieści się w przedziale od 760HV do 1HV, czyli jest od 026 do 4 razy wyższa niż w przypadku podłoża. Jak pokazano na rysunku 5, mikrotwardość powłoki kompozytowej po stopniowym wzroście gwałtownie spada. Dzieje się tak dlatego, że na płytkiej powierzchni powłoki kompozytowej występują defekty, co skutkuje niską mikrotwardością powierzchni; mikrostruktura wewnątrz powłoki kompozytowej jest jednolita i drobna, z niewielką liczbą defektów, występuje duża liczba faz twardych, a mikrotwardość stopniowo wzrasta; mikrotwardość obszaru blisko podłoża gwałtownie maleje, aż zbliża się do mikrotwardości podłoża. Wraz ze wzrostem zawartości Al7O2 mikrotwardość powłoki kompozytowej najpierw wzrasta, a następnie maleje. Gdy udział masowy Al3O2 wynosi 3%, mikrotwardość powłoki kompozytowej osiąga najwyższą wartość. Twardość powłoki kompozytowej jest związana z jakością jej powierzchni i zawartością Al25O2. W połączeniu z morfologią i analizą fazową powłoki kompozytowej, głównymi powodami są: po pierwsze, powłoka kompozytowa z napawaniem laserowym powoduje duży stopień przechłodzenia podczas procesu szybkiego chłodzenia, poprawiając w ten sposób mikrostrukturę powłoki, odgrywając rolę wzmacniającą drobne ziarna na powłoce kompozytowej i znacznie zwiększające mikrotwardość powłoki kompozytowej; po drugie, działanie wzmacniające w roztworze stałym faz twardych Fe-Ni i Fe-Ni-Cr poprawia mikrotwardość powłoki kompozytowej. W połączeniu z wynikami EDS (rys. 3) można zauważyć, że zawartość Ni i Cr w powłoce kompozytowej jest wysoka, a atomy Fe w stopionej osnowie ulegają dyfuzji pierwiastków w powłoce kompozytowej. Ni i Cr łatwo rozpuszczają się w Fe, tworząc twardy, stały roztwór; po trzecie, cząstki ceramiczne Al3O2 o wysokiej twardości są rozproszone w powłoce kompozytowej, co dodatkowo poprawia mikrotwardość powłoki kompozytowej. Gdy udział masowy Al3O2 osiągnie 3%, na powierzchni powłoki kompozytowej pojawiają się defekty w postaci porów i pęknięć, co zmniejsza mikrotwardość powłoki kompozytowej. Można zauważyć, że poprawa mikrotwardości powłoki kompozytowej Ni-x%Al35O2 (x≤3) wynika z połączonego efektu rozdrobnienia ziarna, wzmocnienia roztworu stałego i wzmocnienia cząstek.

2.3 Analiza odporności korozyjnej powłok
Szybkość korozji z utratą masy powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 po zanurzeniu w rozcieńczonym kwasie solnym o stężeniu 1 mol/L na 5 h przedstawiono na rys. 8. Jak widać z rys. 8, wraz ze wzrostem zawartości Al2O3 masa Szybkość korozji stratnej wykazuje tendencję najpierw malejącą, a następnie rosnącą, a odporność na korozję wykazuje tendencję najpierw rosnącą, a następnie słabnącą. Szybkość korozji spowodowanej utratą masy powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 jest najmniejsza, a odporność na korozję jest najlepsza. Krzywą polaryzacji i dane dotyczące dopasowania powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 przedstawiono na rysunku 9. Jak widać na rysunku 9, krzywe polaryzacji powłok kompozytowych Ni-x%Al2O3 mają podobny kształt. Wraz ze wzrostem zawartości Al2O3 potencjał korozyjny wykazuje tendencję najpierw rosnącą, a następnie malejącą, a gęstość prądu korozyjnego wykazuje tendencję najpierw malejącą, a następnie rosnącą. Powłoka kompozytowa Ni-25%Al2O3 ma najwyższy potencjał korozyjny i najniższą gęstość prądu korozyjnego. Potencjał korozyjny wskazuje skłonność materiału do korozji. Im większy potencjał korozyjny powłoki kompozytowej, tym mniejsze prawdopodobieństwo jej korozji. Gęstość prądu korozyjnego i szybkość korozji wskazują na jakość odporności materiału na korozję. Im mniejsza jest gęstość prądu korozyjnego i szybkość korozji powłoki kompozytowej, tym lepsza jest odporność na korozję powłoki kompozytowej. Test korozji zanurzeniowej i dane dotyczące dopasowania testu elektrochemicznego powłoki kompozytowej pokazują, że gęstość prądu korozyjnego i szybkość korozji powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 są najmniejsze, a odporność na korozję jest najlepsza. Odporna na korozję faza ceramiczna Al2O3 oraz roztwory stałe Fe-Ni i Fe-Ni-Cr zwiększają potencjał korozyjny powłoki kompozytowej. Powłoka kompozytowa Ni-25%Al2O3 ma mniejszą skłonność do korozji, a jej mikrostruktura jest bardziej jednolita i gęsta; powłoka kompozytowa Ni-35%Al2O3 posiada defekty w postaci porów i pęknięć, a ciecz korozyjna łatwiej wnika do wnętrza, co pogłębia proces korozji.

Morfologię powierzchni korozyjnej powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 zanurzonej w rozcieńczonym kwasie solnym o stężeniu 1 mol/L na 5 godzin przedstawiono na rysunku 10. Jak widać na rysunku 10a, powierzchnia powłoki Ni ulega korozji w większym stopniu, obszar korozji jest większy i wyraźnie występuje ciągły obszar korozji o dużej powierzchni w kształcie wąwozu, a wżery korozyjne są głębsze i większe. Jak widać na rysunku 10b, stopień korozji powłoki kompozytowej Ni-15%Al2O3 jest zmniejszony, obszar korozji jest zmniejszony, zmniejszony jest ciągły obszar korozji o dużej powierzchni w kształcie wąwozu, wżery korozyjne są płytkie, korozja doły są małe, ale ich liczba jest duża. Morfologię korozji powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 przedstawiono na rysunku 10c. Tylko niewielka część powierzchni powłoki kompozytowej ulega korozji, ciągły obszar korozji w kształcie wąwozu jest mniejszy, wżery korozyjne są mniejsze, a ich liczba jest niewielka, a stopień korozji ulega dalszemu zmniejszeniu. Jak widać na rysunku 10d, stopień korozji powłoki kompozytowej Ni-35%Al2O3 ulega pogorszeniu, zwiększa się obszar korozji, zwiększa się ciągły obszar korozji o dużej powierzchni w kształcie wąwozu, zwiększa się powierzchnia wżerów korozyjnych, liczba jest większa, a odporność na korozję powłoki kompozytowej jest gorsza. Morfologia korozji powłoki kompozytowej pokazuje ponadto, że wraz ze wzrostem zawartości Al2O3 odporność na korozję powłoki kompozytowej wykazuje tendencję najpierw do wzrostu, a następnie osłabienia, przy czym odporność na korozję powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 jest najlepsza . Dzieje się tak dlatego, że potencjał korozyjny powłoki kompozytowej najpierw wzrasta, a następnie maleje, tendencja do korozji najpierw słabnie, a następnie wzrasta, gęstość prądu korozyjnego i szybkość korozji najpierw maleją, a następnie rosną, w wyniku czego stopień korozji powłoki kompozytowej najpierw zmniejsza się, a następnie pogarsza się, a obszar korozji, w którym wżery rozszerzają się, tworząc wąwozy, najpierw zwiększa się, a następnie zmniejsza.

Kiedy powłokę kompozytową zanurza się w rozcieńczonym kwasie solnym o stężeniu 1 mol/l, Cl− łatwo niszczy warstwę pasywacyjną powierzchni, żrąca ciecz styka się z powierzchnią powłoki kompozytowej, tworzy się korozyjne ogniwo galwaniczne i zachodzi reakcja elektrochemiczna. Pierwiastki takie jak Fe, Cr i Ni ulegają reakcjom utleniania na anodzie, tracą elektrony i rozpuszczają się, tworząc wolne kationy, a H+ ulega reakcjom redukcji na katodzie, generując ulatniający się H2, co powoduje powstawanie wżerów korozyjnych na powierzchni korozyjnej, powodując, że kompozyt powłoka ulegnie dalszej korozji. Ze względu na szybkie topienie i krzepnięcie okładziny laserowej mikrostruktura powłoki kompozytowej jest drobniejsza niż podłoża, a odporność na korozję wyrafinowanej struktury jest silniejsza. Dlatego odporność korozyjna powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 ulega poprawie pod wpływem wzmocnienia drobnoziarnistego. Roztwory stałe Fe-Ni i Fe-Cr-Ni mocno unieruchamiają cząstki Al2O3 w powłoce kompozytowej, skutecznie wiążą cząstki Al2O3 i zapobiegają przedostawaniu się żrącej cieczy do powłoki kompozytowej przez pory w pobliżu cząstek Al2O3. Efekt wzmocnienia roztworem stałym poprawia zwartość powłoki kompozytowej i zwiększa odporność powłoki kompozytowej na korozję. Po dodaniu odpowiedniej ilości Al2O3 do powłoki kompozytowej, mikrostopiony Al2O3 może zablokować kanał korozji i zmniejszyć obszar korozji. Dodatek odpowiedniej ilości Al2O3 może odgrywać rolę we wzmacnianiu cząstek powłoki kompozytowej. Z jednej strony, gdy dodaje się 35% udziału masowego Al2O3, nadmierny dodatek Al2O3 powoduje, że duża liczba cząstek nie ulega stopieniu, zwiększając kanał korozji i liczbę korozyjnych ogniw galwanicznych. Dlatego odporność na korozję powłoki kompozytowej Ni-35%Al2O3 jest zmniejszona. Natomiast po nadmiernym dodaniu Al2O3 w powłoce kompozytowej pojawia się duża ilość porów i pęknięć, a ciecz korozyjna z większym prawdopodobieństwem przedostanie się przez pory i pęknięcia do wnętrza powłoki kompozytowej, przyspieszając w ten sposób korozję szybkości, co powoduje zmniejszenie odporności korozyjnej powłoki kompozytowej Ni-35%Al2O3. Podsumowując, poprawa odporności korozyjnej powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 (x≤25) jest wynikiem połączonego efektu wzmocnienia drobnoziarnistego, wzmocnienia w roztworze stałym i wzmocnienia cząstek.

Wnioski 3
Wysokotwardą i odporną na korozję powłokę kompozytową Ni-x%Al2O3 wytworzono na powierzchni stali nierdzewnej 304 metodą napawania laserowego. Badano wpływ zawartości Al2O3 na morfologię, mikrotwardość i odporność korozyjną powłoki kompozytowej. Główne wnioski są następujące.

1) Pomiędzy powłoką kompozytową a podłożem tworzy się ścisłe wiązanie metalurgiczne. Mikrostruktura powłoki kompozytowej jest prezentowana jako drobne kryształy równoosiowe, kierunkowe kryształy kolumnowe i kryształy komórkowe od powierzchni do wnętrza. Powłoka kompozytowa Ni-x%Al2O3 (x ≤ 25) jest jednolita i gęsta, bez widocznych defektów. Powłoka kompozytowa Ni-35%Al2O3 posiada wady takie jak pory i pęknięcia. Główne fazy powłoki kompozytowej Ni-25%Al2O3 składają się z roztworów stałych Al2O3, Fe-Ni i Fe-Ni-Cr. Cząstki Al2O3 są rozmieszczone głównie w górnej części strefy CL, tworząc warstwę ceramiczną. Związki międzymetaliczne są równomiernie rozmieszczone w strefie CL, tworząc warstwę metalu. Cząstki Al2O3 są trwale unieruchomione w powłoce kompozytowej za pomocą związków międzymetalicznych.

2) Mikrotwardość powłoki kompozytowej najpierw wzrasta, a następnie gwałtownie maleje od powierzchni powłoki do podłoża. Wraz ze wzrostem zawartości Al2O3 najpierw wzrasta, a następnie maleje mikrotwardość powłoki kompozytowej, najpierw maleje, a następnie wzrasta szybkość korozji z ubytkiem masy, najpierw wzrasta, a następnie maleje potencjał korozyjny, a gęstość prądu korozyjnego najpierw maleje, a następnie wzrasta. Powłoka kompozytowa Ni-25%Al2O3 charakteryzuje się najwyższą mikrotwardością i najlepszą odpornością na korozję. Poprawa mikrotwardości i odporności na korozję powłoki kompozytowej Ni-x%Al2O3 (x≤25) jest wynikiem połączonego efektu wzmocnienia drobnoziarnistego, wzmocnienia w roztworze stałym i wzmocnienia cząstek.