Layunin Upang mapabuti ang wear resistance at corrosion resistance ng ER8 high-speed wheel steel at pahabain ang buhay ng serbisyo ng gulong. Mga Paraan Dalawang coatings, Fe-based alloy powder at Co-based alloy powder, ay inihanda sa ibabaw ng ER8 wheel steel. Ang istraktura ng metallographic, uri ng phase at nanohardness ng mga coatings ay nasuri ng SEM, XRD, nanoindenter at iba pang kagamitan sa pagkilala. Ang mga sample ay inilagay sa acid rain solution para sa friction at wear test at electrochemical corrosion test gamit ang MFT-EC4000 reciprocating electrochemical friction at wear tester. Mga Resulta Ang istraktura ng ibabaw ng patong ay siksik at pare-pareho, na bumubuo ng isang magandang metalurhiko na bono. Ang Fe-based at Co-based na alloy coatings ay nagpakita ng "cellular" at "honeycomb" na mga hugis, ayon sa pagkakabanggit, nang walang halatang mga depekto tulad ng mga butas at bitak. Ang substrate ay sumailalim sa bahagyang abrasive wear sa mababang frequency (1 Hz), at ang matinding spalling at pitting ay naganap sa medium at high frequency (2, 4 Hz). Ang mekanismo ng pagsusuot ay higit sa lahat ay malagkit na pagsusuot, oxidative wear at abrasive wear, at walang halatang kaagnasan at spalling sa lugar ng pagsusuot ng coating. Sa mataas na dalas, ang mga rate ng pagsusuot ng Fe-based coating at Co-based coating ay nababawasan ng 46.10×10'–5 mm'3/(N·m) at 39.85×10'–5 mm'3/(N·m ) ayon sa pagkakabanggit kumpara sa substrate. Kasabay nito, ang halaga ng impedance ng patong ay makabuluhang napabuti. Ang mga resulta ng pagsubok sa polarization curve ay nagpapakita na ang mga potensyal na self-corrosion ng Fe-based coating, Co-based coating at substrate ay -0.522, -0.381, -0.603 V, ayon sa pagkakabanggit, at ang corrosion density ay 3.916, 0.312, 5.483 μA/cm2 , ayon sa pagkakabanggit. Konklusyon Ang wear resistance at corrosion resistance ng repaired wheel steel samples ay pinabuting sa iba't ibang degree. Sa paghahambing, ang Fe-based alloy coating ay mas mahusay sa wear resistance; sa mga tuntunin ng paglaban sa kaagnasan, ang Co-based na alloy coating ay bahagyang mas malakas kaysa sa Fe-based na coating.

Ang mabilis na pagtaas ng mileage ng mga high-speed na riles at ang bilang ng mga EMU sa aking bansa ay sinamahan ng mabilis na pagtaas sa mga gastos sa pagpapatakbo at pagpapanatili, na bahagi nito ay nagmumula sa pagpapanatili at pagpapalit ng mga high-speed na gulong ng tren. Sa pangkalahatan, ang pinsala sa gulong ay pangunahing sanhi ng pagkasira, pagkapagod sa pakikipag-ugnay sa rolling at kumplikadong kapaligiran ng serbisyo, kung saan ang malupit na kapaligiran ng acid rain ay isang tipikal na halimbawa. Kung ang pagkasira ng gulong ay hindi matuklasan at magagamot sa tamang panahon, makakaapekto ito sa karanasan sa pagsakay kahit papaano, at maaaring humantong pa sa mga sakuna na kahihinatnan tulad ng pagkadiskaril, na nagreresulta sa mabibigat na kaswalti at malaking pagkalugi ng ari-arian. Ayon sa istatistika, ang taunang pagkawala ng bakal na dulot ng kaagnasan at kalawang ay humigit-kumulang 10% hanggang 20% ​​ng taunang produksyon ng bakal. Ang pagkalugi sa ekonomiya na dulot ng kaagnasan sa aking bansa ay kasing taas ng higit sa 230 bilyong yuan bawat taon [1]. Ang matinding acidic na kapaligiran ay lalong magpapalubha sa paglitaw ng kaagnasan. Ang karaniwang ginagamit na proseso ng pag-aayos ng pagliko ay maaaring mag-alis ng pinsala sa ibabaw ng gulong at maibalik ang gulong sa magagamit nitong estado, ngunit mabilis nitong babawasan ang laki ng gulong, na nagreresulta sa isang makabuluhang pag-ikli ng buhay ng serbisyo ng gulong. Samakatuwid, ang in-situ na pag-aayos ng pinsala sa gulong ay isang mas perpektong proseso ng pagkumpuni.

Dahil sa paglaban nito sa kaagnasan, paglaban sa pagsusuot, paglaban sa init at paglaban sa oksihenasyon, laser claddingay malawakang ginagamit sa aerospace, makinarya sa pagmimina, sasakyan, petrochemical, riles, kapangyarihan at iba pang industriya [2-3]. Kung ikukumpara sa mga teknolohiya sa pagbabago sa ibabaw tulad ng submerged arc welding, plasma welding, at gas-electrode welding, ang laser cladding technology ay may mga katangian ng mababang dilution rate, mababang coating porosity, mataas na lakas ng bonding sa base material, malawak na pagpili ng materyal, at walang kapaligiran. polusyon [4]. Sa kasalukuyan, sinubukan ng ilang iskolar na mag-apply ng laser cladding sa pagpapalakas ng ibabaw ng mga gulong at riles ng tren upang mapabuti ang kanilang resistensya sa pagsusuot, rolling contact fatigue resistance, at corrosion resistance, at gumawa ng maraming pananaliksik tungkol dito [5-6] . Lewis et al. [7] nilagyan ng Co-based alloy coating at martensitic stainless steel coating sa isang full-size na R260 rail at sinubukan ang mga ito. Ang mga resulta ay nagpakita na pagkatapos ng cladding treatment, ang lakas ng pagkapagod at wear resistance ng rail ay makabuluhang napabuti. Gamon et al. [8] gumamit ng laser cladding technology upang maghanda ng manganese bronze at aluminum bronze coatings sa railway buffer head at nalaman na ang cladding layer ay maaaring makabuluhang bawasan ang sliding wear ng buffer head. Wang et al. [9] nagsagawa ng mga kaugnay na pagsusuri sa pagsusuot ng mabibigat na kargada na materyales ng gulong-rail pagkatapos ng cladding. Ang mga resulta ay nagpakita na ang ibabaw ng wheel-rail material bago at pagkatapos ng laser cladding treatment ay nagbago mula sa halatang pagkasira ng malagkit at pagkasira ng pagbabalat hanggang sa trend ng pag-aararo. Mu Xinpeng et al. [10] gumamit ng CO2 multi-simulation laser upang maghanda ng Co-based at Fe-based na materyales sa ibabaw ng mga materyales sa wheel-rail, at nagsagawa ng rolling friction at wear test. Ang mga eksperimentong resulta ay nagpakita na ang wear rate ng sample ay makabuluhang nabawasan pagkatapos ng laser cladding treatment. Zhu et al. [11] gumamit ng mga rolling contact test upang pag-aralan ang wear at rolling contact fatigue na gawi ng lokal na cladding na hindi kinakalawang na asero na coating sa gulong, at nalaman na ang wear resistance at rolling contact fatigue performance ng coating ay mas mahusay kaysa sa substrate. Makikita na ang kasalukuyang pananaliksik ay pangunahing nakatuon sa paggamit ng teknolohiya ng laser cladding upang palakasin ang ibabaw ng mga gulong at riles, at ang pagsasaliksik sa pagkumpuni ng laser cladding ng mga gulong ay kailangan pa ring palalimin. Sinusuri ng papel na ito ang wear resistance at corrosion resistance ng repaired wheel steel, at inihahambing at sinusuri ang consistency ng tribological properties ng interface area at substrate. Ang mga resulta ng pananaliksik ay maaaring magbigay ng ilang teknikal na patnubay para sa engineering application ng laser cladding sa pagkumpuni ng pinsala sa gulong. Dahil sa kapaligiran ng acid rain at ang pagkakaiba-iba ng bilis ng pagtakbo ng tren, hindi pa rin sapat ang sistematikong pagsasaliksik sa mga gulong ng tren na nakaharap sa malupit na kapaligiran ng serbisyo. Sa papel na ito, ang Fe-based at Co-based na haluang metal na lokal na repair coatings na malawakang ginagamit sa larangan ng laser cladding ay inihanda sa ibabaw ng ER8 wheel steel gamit ang tradisyonal na teknolohiya ng laser cladding. Ito ay higit sa lahat dahil ang Fe-based at Co-based na alloy powder ay self-soluble alloy powder na may deoxidation at mga kakayahan sa paggawa ng slag, at simpleng ihanda at may mahusay na pagganap. Gamit ang acid rain solution bilang pangatlong daluyan, ang sliding friction at wear test ng mga sample ng gulong sa acid rain environment ay ginaya sa iba't ibang bilis ng pagtakbo gamit ang MFT-EC4000 reciprocating electrochemical friction at wear tester. Kasabay nito, ang mga electrochemical corrosion test ay isinagawa sa acid rain solution. Sa pamamagitan ng pagsusuri sa metallographic na istraktura, microhardness, wear morphology, electrochemical corrosion, atbp. Isiniwalat ang mga paliwanag tungkol sa patong, ang mekanismo ng pinsala at electrochemical corrosion behavior ng substrate, ang mga Fe-based at Co-based alloy coatings sa proseso ng sliding friction at wear sa ilalim ng acid rain environment.

1 Eksperimento

1.1 Halimbawang paghahanda

Ang isang bilang ng mga sample na may sukat na 30 mm × 20 mm × 5 mm ay pinutol mula sa 5 mm sa ibaba ng tread ng gulong ng tren (ER8 wheel steel) sa pamamagitan ng wire cutting, at isang circular arc notch na may lapad na 10 mm at isang maximum depth ng 2 mm ay pinutol at inalis sa gitna ng sample, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Sa ilalim ng mga kondisyon ng laser power na 1 600 W, spot diameter na 4 mm, scanning rate na 7.5 mm/s, overlap rate ng 50%, at preheating ng wheel steel substrate sa 200 °C, ang circular arc notch ay naayos sa pamamagitan ng laser cladding technology, at ang gumaganang ibabaw ay pinakintab na hakbang-hakbang sa 2 000# na papel de liha na may metallographic na papel de liha, at ang ultrasonic na paglilinis ay isinagawa pagkatapos paggiling at pagpapakintab, at pagkatapos ay pinatuyo, tinatakan at iniimbak para magamit sa ibang pagkakataon. Ang kemikal na komposisyon ng bakal na gulong ay ipinapakita sa Talahanayan 1, at ang kemikal na komposisyon ng Fe-based at Co-based na alloy powder ay ipinapakita sa Talahanayan 2 at Talahanayan 3 ayon sa pagkakabanggit.

1.2 Mga materyales at pamamaraan

Ang komposisyon at nilalaman ng acid rain solution na ginamit sa eksperimento ay ipinapakita sa Talahanayan 4. Ang mga kaukulang chemical reagents ay siyentipiko at makatwiran na pinili sa mahigpit na alinsunod sa komposisyon at nilalaman sa talahanayan. Ang isang elektronikong balanse na may katumpakan na 0.005 g ay ginagamit upang timbangin ang 17.76 g (NH4)2SO4, 10.00 g NaNO3, 1.50 g Ca(NO3)2.6H2O,
1.00 g NaCl, 1.00 g KNO3, at 0.96 g Mg (SO)4. Ang error ay tinukoy na 0.01 g. Ang mga natimbang na gamot ay inilalagay sa isang 500 ML beaker, 500 ML ng deionized na tubig ay idinagdag, at hinalo gamit ang isang glass rod. Matapos matunaw ang solusyon, inilipat ito sa isang lalagyan na 5 L at ang parehong deionized na tubig ay idinagdag hanggang
5 L. Ang pH value ng solusyon ay kinokontrol sa hanay na 3.1~3.5. Kung hindi ito nakakatugon sa pamantayan, ang glacial acetic acid at NaOH solid ay maaaring gamitin para sa pagsasaayos.

Sa friction and wear test, ang test sample ay inilagay sa test bench ng MFT EC4000 tester, ang fixed load ay 10 N, ang flow rate ng acid rain solution ay 4.5 mL/min, ang kasamang specimen ay φ6 mm. Si3N4 sphere, ang haba ng wear scar ay 5 mm, at ang friction stroke ng sphere ay inayos upang mahati lamang ng pantay sa coating at substrate. Ang iba't ibang mga sliding friction frequency sa acid rain environment ay itinakda sa mababang frequency (1 Hz), medium frequency (2 Hz) at mataas na frequency (4 Hz), at ang friction time ay 90 min. Ang katigasan ng sample surface ay sinusukat gamit ang Vickers hardness tester (Qness Q60). Pagkatapos ng pagsusulit, ang mga resulta ay nailalarawan at nasuri sa tulong ng mga kagamitan sa paglalarawan tulad ng SEM, XRD at OM. Upang matiyak ang pagiging maaasahan ng mga resulta ng pagsusulit, ang lahat ng mga pagsusulit ay inulit ng dalawang beses.

Sa electrochemical corrosion test, ang pinakintab na sample at ang inihandang acid rain solution ay kinuha para magamit. Ang kagamitan sa pagsusuri na ginamit ay isang electrochemical wear instrument workstation. Ang polarization curve at AC impedance ng sample ay sinubukan sa isang acid rain solution na may pH value na 3.5. Ginamit ang tradisyunal na sistemang tatlong-elektrod, kasama ang mga sample ng patong at substrate bilang mga gumaganang electrodes, ang Pt electrode bilang pantulong na elektrod, at ang saturated calomel electrode bilang ang reference electrode (napuno ng saturated KCl solution). Una, ang sample ay inilubog sa acid rain solution para sa isang tagal ng panahon upang patatagin ang bukas na circuit. Ang hanay ng pag-scan ng polarization curve ay –1.5~1 V na may kaugnayan sa open circuit potential, at ang scanning rate ay 1 mV/s. Ang mga parameter ng kaagnasan ay nakuha mula sa polarization curve. Matapos ma-stabilize ang open circuit, ang electrochemical impedance spectroscopy ng sample ay sinusukat na may dalas ng pag-scan na 10'5~0.01 Hz. Ang lahat ng mga pagsubok ay isinagawa sa temperatura ng silid (26±1) ℃. Sa temperatura ng silid, ang electrochemical impedance spectroscopy (EIS) at polarization curve test ay isinagawa upang pag-aralan ang pag-uugali ng kaagnasan ng mga sample ng coating at substrate sa acid rain solution.

2 Mga resulta at talakayan

2.1 Metallographic na istraktura at microhardness ng mga sample ng gulong

Ang mga microstructure ng dalawang magkaibang alloy coating ay ipinapakita sa Figure 2. Makikita na ang microstructure ng Fe-based alloy coating (tingnan ang Figure 2a) at ang Co-based na alloy coating (tingnan ang Figure 2b) ay medyo magkaiba. Ito ay dahil ang temperatura gradient (G) at ang solidification rate (R) ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa microstructure, at ang shape control factor (G/R) value ay may malaking epekto sa microstructure ng coating [12-13] . Walang halatang mga pores o bitak ang natagpuan sa ibabaw ng patong. Ang microstructure ay pare-pareho at siksik, at ang substrate at ang patong ay bumubuo ng isang mahusay na metallurgical bond. Ang patong ng haluang metal ay binubuo ng mga dendrite at eutectic na istruktura. Sa panahon ng proseso ng laser cladding, kapag ang laser beam ay umalis sa tinunaw na pool, ang temperatura sa ibabaw ng patong ay bumaba nang husto, at ang haluang metal na pulbos ay mabilis na natutunaw kasama ang substrate, na nagreresulta sa pagbuo ng mga dendrite. Ang mga dendrite ay malapit na nakaayos, at ang isang malaking bilang ng mga dispersed substance ay lumilitaw sa ibabaw ng patong. Ang mga sangkap na ito ay mga solidong haluang metal na nabuo sa pamamagitan ng re-nucleation at solidification ng unsolidified liquid metal kapag ang laser beam ay umalis sa molten pool, iyon ay, ang eutectic na istraktura. Tinutukoy ng solidification rate ng likidong metal ang mga morphological na katangian ng eutectic na istraktura. Kung ikukumpara sa "cellular" Fe-based alloy coating structure, ang "honeycomb" Co-based alloy coating structure ay mas compact. Sa karagdagan, ang heat-affected zone structure ng dalawang alloy coatings ay nagpapakita ng fine-flaked troostite, na sanhi ng mataas na temperatura ng laser beam [14].

Ang XRD spectra ng dalawang alloy coatings ay ipinapakita sa Figure 3. Malinaw na makikita mula sa pagsusuri ng Jade6.5 software na ang diffraction peak ng iba't ibang coatings ay medyo naiiba. Ang Fe-based alloy coating phase ay pangunahing binubuo ng austenite at carbide Cr7C3, kung saan ang Ni element ay natunaw sa austenite upang bumuo ng (Fe, Ni) solid solution. Kasabay nito, ang mataas na nilalaman ng elemento ng Cr sa pulbos ay madaling tumugon sa C sa mataas na temperatura upang bumuo ng carbide Cr7C3 [15], at ang mga carbide na ito ay maaaring epektibong mapabuti ang katigasan at lakas ng materyal. Ang Co-based alloy coating ay pangunahing binubuo ng γ-Co phase at Cr23C6. Katulad nito, sa mataas na temperatura, ang mataas na nilalaman ng Cr sa Co-based na haluang metal powder ay madaling bumuo ng carbide Cr23C6 na may C. Ang cross-sectional hardness ng dalawang cladding coatings at ang substrate ay ipinapakita sa Figure 4. Ang kapal ng cladding ang patong ay halos 1 mm. Ang katigasan ng patong ay makabuluhang napabuti kumpara sa substrate, at ang tigas ng Fe-based na patong na haluang metal ay mas mataas kaysa sa Co-based na patong na haluang metal, na may average na tigas na 711.4HV. Sa panahon ng proseso ng pagbuo ng patong, ang mabilis na paglamig ng molten pool liquid ay magdudulot ng solidong pagpapalakas ng solusyon, na makabuluhang nagpapabuti sa tigas ng patong [10]. Mabilis na bumababa ang katigasan ng lugar ng interface sa pagtaas ng lalim ng cross-sectional hanggang sa bumaba ito sa humigit-kumulang 300.0HV at pagkatapos ay nananatiling matatag, malapit sa average na halaga ng katigasan ng substrate (287.0HV). Ito ay dahil sa mas malalim na lalim ng cross-section, mas kaunting enerhiya ang nasisipsip ng materyal, kaya walang sapat na enerhiya upang maging sanhi ng pagbabago ng bahagi ng istraktura. Ipinapakita rin nito na ang istrukturang organisasyon ng lugar ng interface ay mas malapit sa substrate. Ang pagtaas sa kapal ng Co-based alloy coating at ang heat-affected zone ay walang makabuluhang epekto sa tigas ng Co-based coating, at ang tigas ng coating cross-section ay malapit sa substrate. .

2.2 Koepisyent ng friction

Ang eksperimental na friction coefficient curves ng Fe-based at Co-based na alloy coatings sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng sliding frequency ay ipinapakita sa Figure 5. Makikita na ang friction coefficient ay inversely proportional sa sliding speed, at pangunahing nahahati sa isang marahas na friction yugto at isang matatag na yugto ng friction. Dahil ang sample na ibabaw ay makinis at may isang adsorption film bago ang pagsubok [16], ang friction coefficient ay lubhang nagbabago sa paunang yugto kapag ang friction pair at ang sample na ibabaw ay magkadikit lamang. Sa paglipas ng panahon, ang ibabaw at ang adsorption film ay unti-unting masisira sa iba't ibang antas sa panahon ng proseso ng pag-slide, at ang sample na ibabaw ay unti-unting magiging magaspang, na magreresulta sa isang matinding pagtaas sa friction coefficient. Kasabay nito, ang init ng friction na nabuo sa panahon ng proseso ng friction ay higit pang magpapataas ng friction coefficient. Pagkatapos ng running-in, ang ibabaw ng wheel steel sample ay umabot sa isang stable na wear state, at ang friction coefficient ay malamang na maging stable. Sa pagtaas ng dalas ng pag-slide, unti-unting bumababa ang friction coefficient, higit sa lahat dahil mas mataas ang sliding speed, mas maraming oxide ang nagagawa sa friction surface, at ang mga oxide ay maaaring maglaro ng isang tiyak na papel sa pagpapadulas at pagbabawas ng pagsusuot, at sa gayon ay binabawasan ang friction coefficient. [17].

2.3 Magsuot ng morpolohiya ng peklat

Ipinapakita ng Figure 6 at 7 ang surface wear morphology SEM na mga imahe at OM na imahe ng coating at substrate bonding area sa ilalim ng iba't ibang bilis ng pag-slide. Mula sa Figures 6 at 7, makikita na ang antas ng wear ay tumataas nang malaki mula sa interface area hanggang sa substrate position, at ang damage morphology ng friction surface sa pangkalahatan ay nagbabago mula sa halatang adhesive wear at matinding peeling damage sa abrasive wear. Mula sa wear morphology ng interface area ng Fe-based alloy coating sa mga sliding frequency na 1, 2, at 4 Hz sa Figures 6 at 7, makikita na ang wear morphology sa pagitan ng coating at substrate ay medyo magkaiba. Kapag ang sliding frequency ay 1 Hz, ang friction surface ng Fe-based coating ay makinis sa acid rain environment, at ang isang maliit na halaga ng wear debris ay makikitang nakadikit sa contact surface, na higit sa lahat ay nagpapakita bilang bahagyang abrasive wear. Sa pagtaas ng bilis ng pag-slide, ang mga tudling ay nagiging mas halata at ang mga particle ng mga labi ng wear ay nagiging mas. Ang direktang resulta ay ang itim na oksido sa ibabaw ng paggiling ay tumataas nang malaki at ang lapad ng marka ng pagsusuot ay tumataas. Mula sa wear morphology ng interface area ng Co-based alloy coating sa sliding frequency na 1, 2, at 4 Hz sa Figures 6 at 7, makikita na ang friction at wear mechanism nito ay katulad ng sa Fe-based alloy coating, ngunit ang pitting at oxidation degree ay mas minor. Kung ikukumpara sa dalawang coatings, ang kaagnasan at pagsusuot ng substrate ay mas seryoso. Ang mga halatang spalling pits, oxide layer, at furrows ay lumilitaw sa friction surface, na nagpapahiwatig na ang pagkasira sa pagitan ng mga materyales ng gulong ay pangunahing sanhi ng tatlong mekanismo ng pagsusuot: adhesive wear, oxidative wear, at abrasive wear. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nagiging mas seryoso sa pagtaas ng bilis ng pag-slide. Ito ay dahil sa panahon ng proseso ng sliding friction, ang materyal na pang-ibabaw ng sample ay nasisira at nababalat mula sa ibabaw ng sample upang bumuo ng mga matitigas na particle. Ang mga furrow na ito ay nabuo sa pamamagitan ng kamag-anak na pag-slide sa pagitan ng mga particle na may mas mataas na tigas at sa ibabaw ng sample. Kasabay nito, ang paulit-ulit na extrusion deformation ay nagiging sanhi ng sample na tuluyang mag-alis sa bahaging pinaglagyan ng acid rain solution sa ilalim ng pinagsamang pagkilos ng friction, wear at shear force, na bumubuo ng spalling pits. Ang reciprocating friction sa pagitan ng friction pairs ay bumubuo ng mataas na friction heat. Sa ilalim ng pinagsamang pagkilos ng friction heat at acidic na kapaligiran, ang mga itim na oksido ay nabuo sa ibabaw ng paggiling. Bilang karagdagan, ang mga chloride ions at ilang acidic ions sa acid rain solution ay sisira sa pagbuo ng oxide film sa ibabaw ng sample, at tumagos sa lalim ng sample kasama ang microcracks, na nagsusulong ng pagbuo ng pitting corrosion at accelerating ang rate ng kaagnasan [18]. Mula sa Figures 6 at 7, mapapansin na ang dalawang dulo ng naghahati na linya ay nagpapakita ng dalawang ganap na magkaibang friction at wear morphologies. Ang antas ng pinsala ng substrate ay mas mataas kaysa sa patong, habang ang morpolohiya ng pagkasira ng interface area ay mas nakakiling sa bahagi ng substrate, na nagpapakita na ang mga tribological na katangian ng interface area ay katulad ng sa substrate sa isang tiyak na lawak.

Kunin ang mga resulta ng pagsusuri sa EDS plane scanning sa isang sliding frequency na 2 Hz bilang isang halimbawa, tulad ng ipinapakita sa Figure 8. Ang distribusyon ng mga elemento ng Cr sa pagitan ng coating at substrate ay ibang-iba. Ang isang maliit na halaga ng Cr ay nakita sa substrate dahil ang substrate ay nagdadala ng isang maliit na halaga ng coating wear debris sa panahon ng friction. Ang elementong O ay pangunahing puro sa mga peeling pits at ang black oxide layer, habang ang O element sa ibabaw ng coating ay pantay na ipinamamahagi, at walang concentration phenomenon na natagpuan, na nagpapakita lamang ng mataas na corrosion resistance at mataas na oxidation resistance ng coating.

2.4 Rate ng pagsusuot

Ang mga figure 9 at 10 ay ang 3D optical profile morphology ng wear scar pagkatapos ng sliding friction test at ang dalawang-dimensional na profile curves ng wear scar ng coating at ang ER8 substrate sa magkakaibang frequency, ayon sa pagkakabanggit. Ang lalim ng pagsusuot ng peklat at lapad ng substrate sa tatlong frequency ay makabuluhang nag-iiba. Sa 1 Hz, ang lalim ng wear scar at lapad ng substrate ay humigit-kumulang 5.26 μm at 540 μm, ayon sa pagkakabanggit. Sa pagtaas ng dalas, ang lalim at lapad ng pagkakasuot ng peklat ay tumataas din. Sa 4 Hz, ang lalim at lapad ng wear scar ay humigit-kumulang 43.54 μm at 1 100 μm, ayon sa pagkakabanggit, na nagpapakita ng mahinang wear resistance ng medium at high carbon steel. Ang lalim ng pagsusuot ng peklat at lapad ng patong sa tatlong frequency ay bahagyang napabuti kumpara sa substrate. Ang lalim ng wear scar ng Fe-based na alloy coating sa sliding frequency na 1 Hz ay ​​humigit-kumulang 4.1 μm, at ang wear scar depth sa frequency na 4 Hz ay ​​tataas sa 10.3 μm. Sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang lalim at lapad ng pagkakasuot ng peklat ng Co-based na alloy coating ay bahagyang mas malaki kaysa sa Fe-based na alloy coating, ngunit parehong mas mababa kaysa sa lalim at lapad ng materyal na substrate. Ipinapakita ng Figure 11 ang wear rate ng ER8 wheel steel substrate at coating sa iba't ibang frequency, at ang formula ng pagkalkula nito ay ipinapakita sa formula (2).
Kung saan: k ay ang rate ng pagsusuot, mm'3/(N·m); Ang V ay ang dami ng pagsusuot, cm3; S ay ang sliding single-stroke na haba, cm; n ay ang bilang ng mga cycle; Ang W ay ang load, N. Ang materyal na substrate ay nagpapakita ng mataas na rate ng pagsusuot sa iba't ibang mga frequency at ang rate ng pagsusuot ay proporsyonal sa dalas. Ang rate ng pagkasira ng cladding coating sa ilalim ng mababang at katamtamang dalas na mga kondisyon ay bahagyang mas mababa kaysa sa materyal na substrate. Sa pagtaas ng bilis, ang wear rate ng coating ay nananatiling hindi nagbabago, habang ang wear rate ng substrate ay tumataas nang malaki. Sa pangkalahatan, ang rate ng pagkasira ng cladding coating ay proporsyonal sa bilis ng pag-slide. Ito ay dahil sa pagtaas ng bilis ng pag-slide, madaling magkaroon ng makabuluhang friction heat effect sa interface, na humahantong sa pagkalagot ng coating, pagkawala ng proteksiyon na epekto, pagbuo ng mas malubhang pagbabalat, at pagtaas ng rate ng pagsusuot [20]. Gayunpaman, dahil sa iba't ibang bilang ng mga cycle n sa pag-aaral na ito, mayroong isang kababalaghan na bumababa ang rate ng pagkasuot ng coating sa pagtaas ng dalas. Bilang karagdagan, ang rate ng pagsusuot ng sample ng substrate ay tumaas nang malaki sa ilalim ng mataas na dalas. Ang dahilan nito ay maaaring sa panahon ng proseso ng high-speed reciprocating friction, bahagyang nasira ang materyal na substrate dahil sa sobrang bilis ng pag-slide, at ang mga sirang at hiwalay na bahagi ay bumubuo ng mga hard wear debris, na nagpapataas ng halaga ng pagsusuot.

2.5 Electrochemical corrosion

Ang electrochemical impedance spectra ng tatlong sample ay ipinapakita sa Figure 12. Ang impedance spectrum ay nagpapakita ng kalahating bilog na hugis, at ang kalahating bilog ay capacitive lahat. Ang diameter ng kalahating bilog ay direktang sumasalamin sa laki ng impedance ng sample na ibabaw. Malinaw na makikita na ang Co-based coating ay may pinakamalaking diameter, na sinusundan ng Fe-based coating, at ang pinakamaliit na radius ay ang substrate material. Ayon sa mga katangian ng electrochemical corrosion, ang katumbas na circuit na ipinapakita sa Figure 13 ay ginagamit upang magkasya sa mga resulta ng impedance test ng substrate at coating, kung saan ang Figure 13a at Figure 13b ay ang katumbas na mga circuit ng substrate at coating, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga elemento ng phase ay kinakatawan ng Q at n, kung saan ang CPEbl at CPEdl ay mga pare-parehong elemento ng phase na nauugnay sa substrate interface capacitance at double electric layer capacitance, ayon sa pagkakabanggit. Ang CPE ay isang pare-parehong bahagi ng elemento ng hindi perpektong kapasidad na nabuo dahil sa mga kadahilanan ng system. Ito ay madalas na ipinakilala bilang isang purong kapasitor sa simulation, upang ang pang-eksperimentong data at data ng simulation ay mahusay na tumugma [21-23]. Ang pagsukat ng EIS ay karaniwang sinusuri sa pamamagitan ng pagkakatulad sa katumbas na circuit (EEC). Sa Figure 13a, ang Rs ay ang paglaban ng acid rain solution, at ang Rct ay ang paglaban kapag ang solusyon-substrate interface ay konektado sa parallel sa CPEdl; sa Figure 13b, ang Rs ay ang paglaban ng acid rain solution, ang Rb ay ang paglaban ng film ng produkto ng kaagnasan, at ang Rct ay ang barrier layer resistance ng coating na kahanay sa pare-parehong bahagi ng elemento ng CPEbl. Kung mas malaki ang halaga ng R, mas malakas ang resistensya ng kaagnasan ng materyal. Ang ZSimpWin software ay ginamit upang makuha ang EIS data ng substrate at coating, at ang angkop na data ay ipinapakita sa Talahanayan 5. Pinagsasama ang pagsusuri ng data ng Figure 12 at Table 5, ang impedance value ng substrate ay ang pinakamaliit sa tatlong sample, at ang paglaban sa kaagnasan ay ang pinakamababa. Ang Co-based coating ay may pinakamalaking halaga ng impedance, na sinusundan ng Fe-based coating, ngunit ang pagkakaiba ay hindi malaki. Preliminarily na tinutukoy na ang corrosion resistance ng cladding coating ay makabuluhang mas mahusay kaysa sa substrate.

Ang potentiodynamic polarization curves ng ER8 wheel steel substrate, Fe-based at Co-based alloy coatings ay sinubukan gamit ang isang electrochemical workstation, tulad ng ipinapakita sa Figure 14. Ang potentiodynamic polarization curves ng tatlong sample sa acid rain solution ay nasuri gamit ang Tafel paraan at linear polarization method, at mga parameter tulad ng corrosion potential at corrosion current density ay tinutukoy upang makilala ang corrosion resistance ng cladding coating sa acid rain solution [24]. Ang mga electrochemical corrosion parameter ay ipinapakita sa Table 6, at ang polarization resistance RP ay kinakalkula gamit ang mga umiiral na parameter. Ang polarization resistance formula ay ipinapakita sa formula (2) [25].
Kung saan: Ang Ecorr ay ang potensyal na kaagnasan; Jcorr ay ang kaagnasan kasalukuyang density; Ang βc ay ang slope ng anodic polarization curve; Ang βa ay ang slope ng cathodic polarization curve. Pagsasama-sama ng Figure 14 at Table 6, makikita na walang malinaw na passivation area na lumilitaw sa ER8 wheel steel substrate at ang cladding coating sa acid rain solution, na nagpapahiwatig na walang passivation film ang nabuo sa substrate at coating surface sa ilalim ng kondisyon ng open circuit potential ng -1.5~1 V. Kasabay nito, makikita na ang Ecorr at Jcorr ng substrate ay makabuluhang mas mababa kaysa sa dalawang coatings, na nagpapahiwatig na sa acid rain solution, ang corrosion tendency at corrosion. ang rate ng cladding coating ay mas mababa kaysa sa substrate [26]. Sa pagtaas ng oras ng pag-iipon ng kaagnasan, ang potensyal na kaagnasan ng Ecorr ng alloy coating ay nagpapakita ng isang trend ng paglipat sa positibong direksyon, ang corrosion current density Jcorr ay may posibilidad na bumaba, at ang polarization resistance RP ay tumataas. Ayon sa batas ng Faraday Ohm [27], ang electrochemical corrosion rate ay proporsyonal sa corrosion current density Jcorr at inversely proportional sa polarization resistance RP. Ipinapakita nito na mas malaki ang corrosion current density Jcorr ng coating, mas mabilis ang corrosion rate ng coating at mas mahina ang corrosion resistance, habang mas malaki ang polarization resistance RP ng coating, mas maganda ang corrosion resistance ng coating. Kasabay nito, ang pagkakaiba sa paglaban sa kaagnasan sa pagitan ng Fe-based na alloy coating at Co-based na alloy coating ay hindi halata, higit sa lahat dahil ang nilalaman ng Cr elemento sa dalawang alloy coatings ay hindi makabuluhang naiiba, at ang pagkakaroon ng Cr elemento ay maaaring epektibong mapabuti ang paglaban ng kaagnasan ng materyal.

Mga Konklusyon ng 3

Sa papel na ito, ang lokal na Fe-based at Co-based na alloy coatings ay inihanda sa ER8 wheel steel material sa pamamagitan ng laser cladding technology, at ang friction, wear at corrosion na mekanismo ng coating sa acid rain solution ay pinag-aralan sa pamamagitan ng reciprocating friction at wear at electrochemical. mga pagsubok sa kaagnasan. Ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring makuha:

1) Ang friction coefficient ay inversely proportional sa sliding speed, at sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng parameter, ang friction coefficient ng Co-based na alloy coating ay bahagyang mas maliit kaysa sa Fe-based na alloy coating.

2) Ang morpolohiya ng pinsala sa ibabaw ng paggiling ng materyal na substrate sa solusyon ng acid rain ay karaniwang nagbabago mula sa halatang pagkasira ng malagkit at malubhang pagkasira ng pagbabalat sa mekanismo ng pagsusuot ng nakasasakit na patong, habang ang ibabaw ng paggiling ng patong ay bahagyang nakasasakit.

3) Kung ikukumpara sa substrate, ang parehong mga coatings ng haluang metal ay medyo mababa ang rate ng pagsusuot, at sa pagtaas ng bilis ng pag-slide, ang wear resistance ng mga coatings ay mas mahusay; sa ilalim ng mataas na frequency (4 Hz) na mga kondisyon, ang mga rate ng pagkasira ng Fe-based at Co-based na alloy coatings ay maaaring bawasan ng hanggang 46.10× 10'–5 mm'3/(N·m) at 39.85×10'–5 mm'3/(N·m) ayon sa pagkakabanggit kumpara sa substrate.

4) Ang polarization resistances ng substrate, Fe-based alloy coating at Co-based alloy coating ay 511.4, 7 148.8 at 30 984.4 Ω ayon sa pagkakabanggit, kaya ang mga coatings ay nagpapakita ng mahusay na corrosion resistance. Sa paghahambing, ang Co-based alloy coating ay mas mahusay, ngunit dahil ang Fe-based na alloy coating ay may mas mababang halaga at nagpapakita ng mas mahusay na wear resistance, ang corrosion resistance ay hindi gaanong naiiba mula sa Co-based na alloy coating. Sa mga praktikal na aplikasyon ng inhinyero, ang Fe-based na alloy coating ay ang ginustong pagpipilian.