Thép không gỉ Cr-Ni có khả năng chống ăn mòn môi trường tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dầu khí, công nghiệp hóa chất, hàng không vũ trụ, kỹ thuật hàng hải, v.v. Trong số đó, thép không gỉ 304 có khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, trong môi trường công nghiệp ăn mòn mạnh và bầu không khí bị ô nhiễm nặng như axit vô cơ, khả năng chống ăn mòn của thân máy vẫn không thể đáp ứng yêu cầu và tuổi thọ sử dụng của nó cần được kéo dài bằng công nghệ bảo vệ lớp phủ bề mặt. Các công nghệ phủ bề mặt hiện đại như lắng đọng hơi, xử lý nhiệt hóa học, mạ điện, phun nhiệt và phủ laser là những phương pháp quan trọng để nâng cao khả năng chống ăn mòn của bề mặt vật liệu. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lớp phủ đồng nhất và dày đặc có thể được chuẩn bị bằng kỹ thuật mạ điện và lắng đọng hơi, đồng thời lớp phủ có độ tinh khiết cao và thành phần có thể kiểm soát được. Mạnh và cộng sự. đã chế tạo lớp phủ Zn-Fe siêu kỵ nước dày đặc trên bề mặt hợp kim magiê bằng cách mạ điện. Lớp phủ cho thấy khả năng tự làm sạch, chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời. So với chất nền hợp kim magiê, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ được cải thiện 87%. Shan và cộng sự. lắng đọng lớp phủ CrN và CrSiN trên thép không gỉ 316L, giúp tăng độ cứng bề mặt, cải thiện khả năng chống ăn mòn của nước biển và tính chất ma sát của vật liệu. Các lớp phủ được chuẩn bị bằng cách xử lý nhiệt hóa học, phun nhiệt và các phương pháp khác, độ chính xác và độ dày bề mặt có thể kiểm soát được, quy trình này đơn giản và dễ vận hành. Xun Qingting và cộng sự. tăng cường bề mặt thép GCr15 bằng cách xử lý nhiệt hóa học, độ cứng của nó được cải thiện đáng kể và độ dày của lớp cứng đạt 0.25 mm. Lưu và cộng sự. đã chế tạo thành công lớp phủ Ag-BN bằng cách phun plasma, giúp giảm hệ số ma sát của lớp phủ và cải thiện khả năng chống mài mòn của chúng.

Lớp phủ được chế tạo bằng công nghệ mạ điện và lắng đọng hơi có độ bền liên kết yếu với nền và độ dày mỏng. Bề mặt của lớp phủ phun nhiệt thô và có độ xốp lớn. Quá trình xử lý nhiệt hóa học có yêu cầu cao đối với vật liệu nền và lớp phủ khó đáp ứng yêu cầu hoạt động lâu dài. So với các công nghệ xử lý bề mặt khác, công nghệ phủ laser có ưu điểm là hiệu quả cao, độ pha loãng thấp và liên kết luyện kim tốt. Nó thường được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ chất lượng cao với độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn mạnh, có thể đạt được mục đích sửa chữa và sửa đổi bề mặt phôi.

Công nghệ ốp lazethường sử dụng bột kim loại, bột gốm và bột hỗn hợp gốm-kim loại làm vật liệu ốp. Bột kim loại có khả năng thấm ướt tốt với vật liệu nền và dễ dàng hình thành liên kết luyện kim chặt chẽ hơn, từ đó cải thiện hiệu suất quá trình hình thành của lớp phủ. Ouyang Changyao và cộng sự. phủ bột gốc coban Stellite12 bằng laser lên bề mặt thép không gỉ 304 và nghiên cứu cấu trúc vi mô, sự phân bố nguyên tố, pha và tính chất của lớp phủ. Kết quả cho thấy chất lượng bề mặt lớp phủ tốt và không có khuyết tật rõ ràng. Nó hình thành một liên kết luyện kim với chất nền và khả năng chống ăn mòn được cải thiện rất nhiều so với chất nền. Yang Wenbin và cộng sự. [23] đã chuẩn bị hai loại lớp phủ kim loại gốc sắt và coban trên bề mặt thép bánh xe ER8. Bề mặt lớp phủ đồng đều và dày đặc, tạo thành liên kết luyện kim tốt. Các mẫu thép bánh xe được sửa chữa đều cho thấy khả năng chống mài mòn và ăn mòn tốt. So với kim loại, gốm sứ có độ cứng cao hơn, cũng như khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt và chống oxy hóa ở nhiệt độ cao tốt hơn. Do các tính chất vật lý và hóa học của gốm sứ, chẳng hạn như mô đun đàn hồi và hệ số giãn nở nhiệt, khá khác biệt so với kim loại, nên các khuyết tật như vết nứt và lỗ chân lông dễ dàng được tạo ra trong quá trình tạo lớp phủ, do đó ảnh hưởng đến độ bền liên kết giữa lớp phủ và chất nền, dẫn đến chất lượng và hiệu suất bề mặt giảm. Wang Ran và cộng sự. đã giải quyết các vấn đề của lớp phủ gốm Al2O3-ZrO2, chẳng hạn như độ giòn cao và dễ nứt, ở một mức độ nhất định bằng cách làm nóng trước chất nền. Sau khi gia nhiệt trước ở 300°C, độ nhạy vết nứt của lớp phủ giảm đáng kể nhưng vết nứt vẫn tồn tại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng lớp phủ composite kim loại-gốm có thể giải quyết vấn đề tắc nghẽn của lớp phủ gốm. Bột hỗn hợp gốm-kim loại có độ dẻo dai và khả năng xử lý tốt của bột kim loại, cũng như độ cứng cao, chống mài mòn và chống ăn mòn của vật liệu bột gốm. Bằng cách chọn các loại bột kim loại và gốm khác nhau và điều chỉnh tỷ lệ thành phần của cả hai, có thể tạo ra lớp phủ hỗn hợp gốm-kim loại với ít khuyết tật và độ bền liên kết cao. Các hợp chất liên kim loại và các hạt gia cố gốm không nóng chảy trong cấu trúc lớp phủ có lợi cho các chức năng cụ thể của lớp phủ composite (như chống ăn mòn, chống mài mòn, chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, v.v.). Bột composite kim loại-gốm thường được sử dụng bao gồm bột composite gốc Fe, Co và Ni được gia cố bằng các hạt gốm như WC, SiC và Al2O3, được sử dụng rộng rãi để chế tạo các lớp phủ composite-gốm kim loại có độ cứng cao, chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ. Trong số đó, gốm Al2O3 có điểm nóng chảy cao, độ cứng cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và độ ổn định vật lý và hóa học mạnh. Các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về lớp phủ gốm Al2O3. Kết quả cho thấy lớp phủ gốm Al2O3 nguyên chất có các vấn đề như độ xốp lớn và độ bền liên kết yếu. Chu Kiến Trung và cộng sự. đã chuẩn bị lớp phủ hỗn hợp gốm-kim loại Fe2 được gia cố bằng gốm Al3O901 bằng cách sử dụng lớp phủ bằng laze, giúp cải thiện hiệu quả độ cứng và khả năng chống mài mòn của lớp phủ. Ni có độ dẻo tốt và hiệu quả liên kết tốt. Bằng cách thêm Ni, hiệu quả lắng đọng và tính chất cơ học của lớp phủ có thể được cải thiện một cách hiệu quả và độ bền ghim của các hạt Al2O3 trong lớp phủ composite có thể được tăng cường. Lớp phủ composite gốc Ni được tăng cường Al2O3 có độ cứng và độ bền liên kết cao, đồng thời thể hiện đặc tính bảo vệ bề mặt tốt. Hiện nay, nghiên cứu về lớp phủ composite Ni-Al2O3 chủ yếu tập trung vào khả năng chống mài mòn và các cơ chế liên quan, ít báo cáo về khả năng chống ăn mòn của lớp phủ. Trong bài báo này, phương pháp bột định hình sẵn được sử dụng để chế tạo lớp phủ composite gốm kim loại Ni-Al2O3 trên bề mặt thép không gỉ bằng công nghệ hàn laser, nhằm kết hợp tính ổn định hóa học cao của kim loại Ni với hiệu quả tăng cường độ cứng cao của Al2O3, làm giảm đáng kể tốc độ phản ứng ăn mòn và cải thiện độ cứng bề mặt của vật liệu, từ đó đạt được mục tiêu kép là cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ cứng bề mặt của thép không gỉ 304.

1 thử nghiệm

1.1 Vật liệu
Chất nền phủ laser là thép không gỉ 304 và thành phần hóa học của nó (theo phần khối lượng) là: S 0.002%, P 0.042%, C 0.07%, Si 0.89%, Mn 1.92%, Ni 8.1%, Cr 18.2% và cân bằng là Fe. Kích thước là 200 mm × 150 mm × 15 mm và cấu trúc vi mô của chất nền được thể hiện trong Hình 1. Bột phủ là bột Ni có độ tinh khiết cao thương mại (kích thước hạt trung bình 100 nm, độ tinh khiết 99.0%) và bột Al2O3 (trung bình cỡ hạt 2 μm, độ tinh khiết 98.0%). Bột hỗn hợp được trộn trong máy nghiền ngang QM-1 với tốc độ nghiền 250 vòng/phút trong 6 giờ để bột được trộn đều. Trước khi phủ, bột hỗn hợp được đặt trong lò sấy chân không ở 150°C trong 3 giờ để loại bỏ độ ẩm. Trước khi ốp, bề mặt nền được đánh bóng bằng giấy nhám SiC và bề mặt nền được làm sạch bằng axeton để loại bỏ dầu mỡ. Chất nền được làm nóng trước đến 300 ° C để giảm ứng suất nhiệt gây ra bởi độ dốc nhiệt độ rất lớn giữa chất nền và lớp phủ. Để đảm bảo độ ổn định của lớp phủ composite, lớp phủ laser được thực hiện bằng cách sử dụng bột định hình sẵn và độ dày của lớp bột định hình trước là 0.9 mm.

1.2 Chuẩn bị lớp phủ
Thiết bị ốp sử dụng hệ thống sản xuất thông minh laser JHL-1GX-2000 với công suất tối đa 2 kW. Thông số quy trình phủ: công suất laser 1.2 kW, đường kính điểm 3 mm và tốc độ quét 350 mm/phút. Sau khi phủ xong, mẫu được làm nguội tự nhiên đến nhiệt độ phòng. Mẫu được cắt dọc theo mặt cắt ngang của lớp phủ composite bằng cách cắt dây và mẫu được làm sạch trong etanol khan bằng máy làm sạch siêu âm để thu được mẫu kim loại. Sau khi mài và đánh bóng, mẫu được ăn mòn trong 25 giây bằng dung dịch hỗn hợp gồm HCl (75% thể tích) và HNO3 (25% thể tích).

1.3 Hình thái lớp phủ và đặc tính pha
Cấu trúc vi mô của chất nền được quan sát bằng kính hiển vi quang học Eclipse MA200 (OM), và hình thái của lớp phủ composite và bề mặt ăn mòn của nó được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét VEGA3 (SEM) với máy quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) và năng lượng phân tích phổ đã được thực hiện. Thành phần của pha phủ composite được phân tích bằng máy đo nhiễu xạ tia X đa chức năng (XRD, điện áp 40 kV, dòng điện 200 mA, góc nhiễu xạ 2θ là 20°~80°).

1.4 Đặc tính hiệu suất của lớp phủ
Độ cứng vi mô của mặt cắt ngang của lớp phủ composite được kiểm tra bằng máy đo độ cứng vi mô HV 1000A, với khối lượng tải 400 g và thời gian tải là 30 giây. Khoảng cách giữa mỗi vị trí đo là 0.1 mm. Đối với cùng một nhóm mẫu, 3 điểm được kiểm tra ở cùng khoảng cách với bề mặt lớp phủ và lấy giá trị trung bình.
Lớp phủ composite được bịt kín bằng keo hữu cơ, để lộ 1 mm2 bề mặt và tạo mẫu ăn mòn. Mẫu ăn mòn được đặt trong axit clohydric loãng 1 mol/L và ngâm trong chất ăn mòn ở nhiệt độ phòng trong 5 giờ. Sau khi loại bỏ các sản phẩm ăn mòn, nó được cân và tốc độ ăn mòn giảm trọng lượng của lớp phủ composite được tính toán bằng tổn thất trọng lượng ăn mòn: VL= (m1- m0)/t.
Trong đó m1 là khối lượng của mẫu trước khi ăn mòn, m0 là khối lượng của mẫu sau khi ăn mòn và t là thời gian ăn mòn. Máy trạm điện hóa Ametek Parstat 4000 được sử dụng để kiểm tra đường cong phân cực thế động của bề mặt mẫu ăn mòn lớp phủ composite 1 mm2. Môi trường ăn mòn là dung dịch axit clohydric loãng 1 mol/L, điện cực tham chiếu là điện cực Ag/AgCl, điện cực phụ là điện cực Pt và điện cực làm việc là 1 mm2 mẫu ăn mòn. Sau khi ngâm ở điện thế mạch hở trong 60 phút, thử nghiệm được thực hiện sau khi ổn định. Thử nghiệm phân cực thế động được thực hiện trong khoảng −1.5~1.5 ở tốc độ quét 1 mV/s, đồng thời xác định được khả năng ăn mòn và mật độ dòng ăn mòn của lớp phủ composite.

2 Kết quả và thảo luận

2.1 Hình thái lớp phủ và phân tích pha
Cấu trúc vi mô của mặt cắt ngang của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 được thể hiện trên Hình 2. Như có thể thấy trong Hình 2a, lớp phủ composite có cấu trúc đồng nhất, không có khuyết tật rõ ràng như lỗ rỗng và vết nứt, đồng thời có một vùng liên kết luyện kim rõ ràng giữa lớp phủ composite và nền. Lớp phủ composite có thể được chia thành ba phần: lớp phủ (CL), vùng liên kết luyện kim (MBZ) và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Như được hiển thị trong Hình 2b, cấu trúc ở dưới cùng của vùng CL là các tinh thể tế bào mịn. Như được hiển thị trong Hình 2c, trung tâm của vùng CL là một tinh thể hình cột có hướng phát triển. Như được hiển thị trong Hình 2d, cấu trúc ở phía trên cùng của vùng CL là các tinh thể cân bằng mịn. Do chùm tia laser quét bột trong thời gian rất ngắn và nhiệt độ giảm nhanh nên lớp phủ composite đông đặc và nguội nhanh chóng, tạo thành cấu trúc tương đối đồng đều và mịn. Theo lý thuyết hóa rắn, hình thái của cấu trúc hóa rắn được xác định bởi hệ số ổn định (G/R) của bề mặt phân cách rắn-lỏng, trong đó G là gradient nhiệt độ và R là tốc độ hóa rắn. Đáy vùng CL gần với chất nền, có tốc độ làm lạnh nhanh và mức độ siêu lạnh lớn, tạo thành các tinh thể tế bào mịn. Trong quá trình hóa rắn, tốc độ làm mát vuông góc với giao diện liên kết là nhanh nhất và tốc độ kết tinh hạt là nhanh nhất. Do đó, các tinh thể cột được tạo ra ở trung tâm vùng CL dọc theo hướng vuông góc với bề mặt, như trong Hình 2c. Như được hiển thị trong Hình 2d, phần trên cùng của vùng CL tiếp xúc với không khí, tốc độ làm mát nhanh, độ lạnh dưới mức lớn và tốc độ làm mát theo mọi hướng là như nhau, tạo ra các tinh thể cân bằng mịn. Trong quá trình hóa rắn, tốc độ làm nguội khác nhau dẫn đến các cấu trúc vi mô khác nhau. Dựa trên đặc tính nóng chảy và hóa rắn nhanh của lớp phủ laser, cấu trúc của lớp phủ composite được tinh chỉnh đáng kể so với chất nền. Kết quả phân tích quét bề mặt EDS của lớp phủ composite (Hình 2) được thể hiện trên Hình 3. Như được hiển thị trong Hình 3a ~ c, các nguyên tố Fe và Cr phân bố đều trong lớp phủ và chất nền, còn Ni phân bố chủ yếu ở vùng CL. Các nguyên tố Al và O (tương ứng như trong Hình 3d và e) phân bố chủ yếu ở phía trên cùng của vùng CL, chứng tỏ rằng các hạt Al2O3 phân bố chủ yếu ở phía trên cùng của vùng CL và lớp phủ tổng hợp được cấu tạo từ một kim loại lớp và một lớp gốm. Chìa khóa cho sự hình thành lớp phủ hỗn hợp gốm-kim loại là sự phân tán Ni và Al2O3 trong bột và sự khác biệt trong khả năng hấp thụ năng lượng laser của chúng. Khi tia laser năng lượng cao quét bột composite, bột và bề mặt chất nền sẽ tan chảy ngay lập tức ở nhiệt độ cao. Do nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 cao hơn Ni nên phần lớn năng lượng laser được hấp thụ bởi bột Ni và bột Ni bị tan chảy hoàn toàn. Một phần bột Al2O3 bị nóng chảy nhẹ nhưng Al2O3 vẫn ở dạng hạt. Sau khi tia laser năng lượng cao quét bột, bột Ni và chất nền tan chảy hoàn toàn tạo thành vũng nóng chảy. Sự đối lưu mạnh được tạo ra trong bể nóng chảy và các hạt Al2O3 được phân tán đều. Do mật độ của các hạt Al2O3 thấp hơn so với pha kim loại nên chúng chủ yếu phân bố ở phía trên của lớp phủ composite (như trong Hình 4), tạo thành lớp gốm. Các hợp chất liên kim loại được phân bố trong lớp phủ composite để tạo thành một lớp kim loại. Do Ni có khả năng thấm ướt tốt với ma trận kim loại, nên một vùng liên kết luyện kim tốt được hình thành, giúp lớp phủ composite bám chắc hơn vào chất nền.

Để xác định thành phần pha của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3, lớp phủ composite được phân tích bằng XRD. Kết quả được thể hiện trên Hình 5. Pha của lớp phủ composite chủ yếu bao gồm các dung dịch rắn Al2O3, Fe-Ni và Fe-Ni-Cr. Do bán kính nguyên tử của Fe rất gần với bán kính nguyên tử của Cr và Ni nên Fe sẽ tan chảy và khuếch tán dưới bức xạ laser năng lượng cao và kết hợp với Cr và Ni tạo thành dung dịch rắn Fe-Ni và Fe-Ni-Cr, tồn tại thành austenite ở nhiệt độ cao và biến thành martensite sau khi làm nguội. Sự tồn tại của dung dịch rắn Fe-Ni và Fe-Ni-Cr cho thấy nền và bột Ni đã tan chảy hoàn toàn và Fe trong nền đã được khuếch tán hoàn toàn vào bể nóng chảy. Kết hợp với phân tích SEM và EDS, có thể thấy các hạt gốm Al2O3 chưa tan chảy hoàn toàn mà phần lớn vẫn tồn tại ở dạng hạt, điều này càng chứng tỏ sự tồn tại của pha gốm Al2O3.

Mặt cắt ngang và hình thái bề mặt của lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 được thể hiện trong Hình 6. Như được hiển thị trong Hình 6a, c, e và g, các mặt cắt ngang của lớp phủ Ni, Ni-15%Al2O3 và Lớp phủ hỗn hợp Ni-25%Al2O3 dày đặc và không có khuyết tật rõ ràng. Các hạt Al2O3 bị nóng chảy nhẹ dưới sự chiếu xạ laser năng lượng cao, cho thấy cấu trúc dạng hạt không đều màu xám nhạt. Các hạt Al2O3 nóng chảy nhẹ tạo ra hiệu ứng ghim dưới tác dụng liên kết của dung dịch rắn Fe-Ni và Fe-Ni-Cr và được kết hợp chắc chắn hơn, từ đó cải thiện hiệu quả tạo hình của lớp phủ composite. Với sự gia tăng hàm lượng Al2O3, số lượng hạt Al2O3 trong lớp phủ composite tăng dần. Trên mặt cắt ngang của lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 phát hiện nhiều lỗ rỗng hơn, các hạt Al2O3 kết tụ lại, các hạt Al2O3 và các hợp chất liên kim loại tạo ra các lỗ rỗng, không liên kết chặt chẽ, dễ dẫn đến giảm hiệu suất hiệu suất của lớp phủ composite Như được hiển thị trong Hình 6b, d, f và h, không có khuyết tật rõ ràng nào trên bề mặt của lớp phủ hỗn hợp Ni, Ni-15%Al2O3 và Ni-25%Al2O3, trong khi có các vết nứt và lỗ chân lông rõ ràng trên bề mặt. Ni-35%Al2O3
lớp phủ tổng hợp. Các vết nứt chủ yếu được gây ra bởi ứng suất quá mức do sự kết tụ của các hạt Al2O3 và sự phân bố nguyên tố không đồng đều. Do đặc tính nóng chảy nhanh của lớp phủ composite, khí sinh ra do phản ứng của các nguyên tố như C và S với O không có thời gian thoát ra ngoài, từ đó hình thành các lỗ rỗng. Như trong Hình 6, sau khi thêm một lượng Al2O3 thích hợp, bề mặt của lớp phủ composite dày đặc và không có khuyết tật rõ ràng; sau khi thêm quá nhiều Al2O3, lớp phủ composite dễ bị khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt.

2.2 Phân tích độ cứng tế vi
Đường cong thay đổi độ cứng vi mô của mặt cắt ngang của lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 dọc theo chiều sâu được thể hiện trên Hình 7. Độ cứng vi mô của nền là khoảng 164HV và độ cứng vi mô của lớp phủ composite có thể đạt tới 1026.3 HV. Độ cứng vi mô nằm trong khoảng từ 760HV đến 1 026HV, cao gấp 4 đến 5 lần so với chất nền. Như thể hiện trên Hình 7, độ cứng tế vi của lớp phủ composite giảm mạnh sau khi tăng dần. Điều này là do bề mặt nông của lớp phủ composite có một số khuyết tật, dẫn đến độ cứng vi mô của bề mặt thấp; cấu trúc vi mô bên trong lớp phủ composite đồng nhất và mịn, ít khuyết tật, có số lượng lớn pha cứng và độ cứng vi mô tăng dần; độ cứng vi mô của vùng gần bề mặt giảm mạnh cho đến khi đạt đến độ cứng vi mô của bề mặt. Khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, độ cứng tế vi của lớp phủ composite tăng lên trước rồi giảm xuống. Khi phần khối lượng của Al2O3 là 25% thì độ cứng tế vi của lớp phủ composite đạt giá trị cao nhất. Độ cứng của lớp phủ composite liên quan đến chất lượng bề mặt và hàm lượng Al2O3. Kết hợp với phân tích hình thái và pha của lớp phủ composite, những lý do chính là: thứ nhất, lớp phủ composite phủ laze tạo ra mức độ làm mát thấp trong quá trình làm mát nhanh, từ đó tinh chỉnh cấu trúc vi mô của lớp phủ, đóng vai trò tăng cường hạt mịn trên lớp phủ composite và tăng đáng kể độ cứng vi mô của lớp phủ composite; thứ hai, tác dụng tăng cường dung dịch rắn của các pha cứng Fe-Ni và Fe-Ni-Cr giúp cải thiện độ cứng vi mô của lớp phủ composite. Kết hợp với kết quả EDS (Hình 3), có thể thấy hàm lượng Ni và Cr trong lớp phủ composite cao và các nguyên tử Fe trong nền nóng chảy trải qua quá trình khuếch tán nguyên tố trong lớp phủ composite. Ni và Cr dễ dàng hòa tan trong Fe tạo thành dung dịch rắn cứng; thứ ba, các hạt gốm Al2O3 có độ cứng cao được phân tán trong lớp phủ composite, giúp cải thiện hơn nữa độ cứng vi mô của lớp phủ composite. Khi phần khối lượng của Al2O3 đạt 35%, các khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt xuất hiện trên bề mặt của lớp phủ composite, làm giảm độ cứng vi mô của lớp phủ composite. Có thể thấy rằng sự cải thiện độ cứng vi mô của lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 (x 25) được hưởng lợi từ tác động tổng hợp của quá trình sàng lọc hạt, tăng cường dung dịch rắn và tăng cường hạt.

2.3 Phân tích khả năng chống ăn mòn của lớp phủ
Tốc độ ăn mòn giảm trọng lượng của lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 sau khi ngâm trong axit clohydric loãng 1 mol/L trong 5 giờ được thể hiện trên Hình 8. Như có thể thấy trong Hình 8, khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, trọng lượng sẽ tăng lên. tốc độ ăn mòn mất mát có xu hướng lúc đầu giảm rồi tăng dần, khả năng chống ăn mòn có xu hướng lúc đầu tăng rồi yếu đi. Tốc độ ăn mòn giảm trọng lượng của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 là nhỏ nhất và khả năng chống ăn mòn là tốt nhất. Đường cong phân cực và dữ liệu phù hợp của lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 được thể hiện trong Hình 9. Như có thể thấy trong Hình 9, các đường cong phân cực của lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 có hình dạng tương tự nhau. Khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, khả năng ăn mòn có xu hướng lúc đầu tăng rồi giảm, mật độ dòng ăn mòn có xu hướng lúc đầu giảm rồi tăng. Lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 có khả năng ăn mòn cao nhất và mật độ dòng ăn mòn thấp nhất. Khả năng ăn mòn cho thấy xu hướng ăn mòn của vật liệu. Khả năng ăn mòn của lớp phủ composite càng lớn thì khả năng bị ăn mòn càng ít. Mật độ dòng ăn mòn và tốc độ ăn mòn cho thấy chất lượng chống ăn mòn của vật liệu. Mật độ dòng ăn mòn và tốc độ ăn mòn của lớp phủ composite càng nhỏ thì khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite càng tốt. Dữ liệu thử nghiệm ăn mòn ngâm và thử nghiệm điện hóa của lớp phủ composite cho thấy mật độ dòng ăn mòn và tốc độ ăn mòn của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 là nhỏ nhất và khả năng chống ăn mòn là tốt nhất. Pha gốm chống ăn mòn Al2O3 và dung dịch rắn Fe-Ni, Fe-Ni-Cr làm tăng khả năng ăn mòn của lớp phủ composite. Lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 có xu hướng ăn mòn nhỏ hơn và cấu trúc vi mô của nó đồng đều và dày đặc hơn; Lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 có các khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt, chất lỏng ăn mòn dễ xâm nhập vào bên trong hơn, khiến quá trình ăn mòn trở nên trầm trọng hơn.

Hình thái bề mặt ăn mòn của lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 được ngâm trong axit clohydric loãng 1 mol/L trong 5 giờ được thể hiện trên Hình 10. Như có thể thấy trong Hình 10a, bề mặt của lớp phủ Ni bị ăn mòn nghiêm trọng hơn, khu vực ăn mòn lớn hơn và rõ ràng là có khu vực ăn mòn hình rãnh diện tích lớn liên tục, và các hố ăn mòn ngày càng sâu hơn. Có thể thấy trên Hình 10b, mức độ ăn mòn của lớp phủ composite Ni-15%Al2O3 giảm, diện tích ăn mòn giảm, diện tích ăn mòn liên tục hình rãnh rãnh diện tích lớn giảm, các hố ăn mòn nông, độ ăn mòn hố tuy nhỏ nhưng số lượng lại lớn. Hình thái ăn mòn của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 được thể hiện trên Hình 10c. Chỉ một phần nhỏ bề mặt lớp phủ composite bị ăn mòn, diện tích ăn mòn hình rãnh liên tục nhỏ hơn, số lượng hố ăn mòn nhỏ hơn và số lượng ít, mức độ ăn mòn giảm hơn nữa. Như có thể thấy trên Hình 10d, mức độ ăn mòn của lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 ngày càng trầm trọng hơn, diện tích ăn mòn tăng lên, diện tích ăn mòn hình rãnh liên tục diện tích lớn tăng lên, diện tích hố ăn mòn lớn hơn, số lượng nhiều hơn và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite kém hơn. Hình thái ăn mòn của lớp phủ composite cho thấy thêm, khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite có xu hướng lúc đầu tăng lên sau đó yếu đi, trong đó khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 là tốt nhất. . Điều này là do khả năng ăn mòn của lớp phủ composite tăng trước rồi giảm, xu hướng ăn mòn yếu đi trước rồi tăng lên, mật độ dòng ăn mòn và tốc độ ăn mòn giảm trước rồi tăng, dẫn đến mức độ ăn mòn của lớp phủ composite trước tiên giảm và sau đó trầm trọng hơn, diện tích ăn mòn nơi hố rỗ giãn nở tạo thành các rãnh lúc đầu tăng lên rồi giảm xuống.

Khi lớp phủ composite được ngâm trong axit clohydric loãng 1 mol/L, Cl− dễ dàng phá hủy màng thụ động bề mặt, chất lỏng ăn mòn tiếp xúc với bề mặt của lớp phủ composite và hình thành tế bào mạ điện ăn mòn và xảy ra phản ứng điện hóa. Các nguyên tố như Fe, Cr, Ni trải qua phản ứng oxy hóa ở cực dương, mất electron và hòa tan tạo thành cation tự do, còn H+ trải qua phản ứng khử ở cực âm tạo ra H2 thoát ra, tạo thành các vết ăn mòn trên bề mặt ăn mòn, khiến cho vật liệu composit bị ăn mòn. lớp phủ tiếp tục bị ăn mòn. Do sự nóng chảy và hóa rắn nhanh chóng của lớp phủ laser, cấu trúc vi mô của lớp phủ composite mịn hơn so với chất nền và khả năng chống ăn mòn của cấu trúc tinh chế mạnh hơn. Do đó, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 được cải thiện dưới tác dụng tăng cường hạt mịn. Dung dịch rắn Fe-Ni và Fe-Cr-Ni ghim chắc chắn các hạt Al2O3 trong lớp phủ composite, liên kết hiệu quả các hạt Al2O3 và ngăn chặn chất lỏng ăn mòn xâm nhập vào lớp phủ composite qua các lỗ gần các hạt Al2O3. Hiệu ứng tăng cường dung dịch rắn giúp cải thiện độ nén của lớp phủ composite và tăng cường khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite. Sau khi thêm một lượng Al2O3 thích hợp vào lớp phủ composite, Al2O3 nóng chảy vi mô có thể chặn kênh ăn mòn và giảm diện tích ăn mòn. Việc bổ sung một lượng Al2O3 thích hợp có thể đóng vai trò tăng cường độ bền hạt của lớp phủ composite. Khi thêm 35% khối lượng Al2O3, một mặt, việc bổ sung quá nhiều Al2O3 khiến một số lượng lớn các hạt không bị nóng chảy, làm tăng kênh ăn mòn và số lượng tế bào điện ăn mòn. Do đó, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 bị giảm. Mặt khác, sau khi bổ sung quá nhiều Al2O3, lớp phủ composite sẽ xuất hiện một số lượng lớn lỗ chân lông và vết nứt, chất lỏng ăn mòn có nhiều khả năng xâm nhập vào bên trong lớp phủ composite thông qua các lỗ rỗng và vết nứt, do đó đẩy nhanh quá trình ăn mòn. dẫn đến khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 giảm. Tóm lại, việc cải thiện khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 (x<25) là kết quả của hiệu ứng kết hợp giữa tăng cường hạt mịn, tăng cường dung dịch rắn và tăng cường hạt.

3 Kết luận
Lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 có độ cứng cao và chống ăn mòn được chuẩn bị trên bề mặt inox 304 bằng công nghệ phủ laser. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Al2O3 đến hình thái, độ cứng tế vi và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite. Các kết luận chính như sau.

1) Một liên kết luyện kim chặt chẽ được hình thành giữa lớp phủ composite và nền. Cấu trúc vi mô của lớp phủ composite được thể hiện dưới dạng tinh thể cân bằng mịn, tinh thể cột định hướng và tinh thể tế bào từ bề mặt vào bên trong. Lớp phủ hỗn hợp Ni-x%Al2O3 (x 25) đồng nhất và dày đặc không có khuyết tật rõ ràng. Lớp phủ composite Ni-35%Al2O3 có các khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt. Các pha chính của lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 bao gồm các dung dịch rắn Al2O3, Fe-Ni và Fe-Ni-Cr. Các hạt Al2O3 phân bố chủ yếu ở phía trên vùng CL tạo thành lớp gốm. Các hợp chất liên kim được phân bố đều trong vùng CL tạo thành lớp kim loại. Các hạt Al2O3 được ghim chắc chắn vào lớp phủ composite bởi các hợp chất liên kim loại.

2) Độ cứng tế vi của lớp phủ composite tăng trước tiên sau đó giảm mạnh từ bề mặt lớp phủ đến lớp nền. Khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, độ cứng vi mô của lớp phủ composite tăng trước rồi giảm, tốc độ ăn mòn giảm trọng lượng giảm trước rồi tăng, khả năng ăn mòn tăng trước rồi giảm, mật độ dòng ăn mòn giảm trước rồi tăng. Lớp phủ composite Ni-25%Al2O3 có độ cứng vi mô cao nhất và khả năng chống ăn mòn tốt nhất. Sự cải thiện độ cứng vi mô và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ composite Ni-x%Al2O3 (x≤25) là kết quả của tác động tổng hợp của việc tăng cường hạt mịn, tăng cường dung dịch rắn và tăng cường hạt.