【摘 要】
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磨损和腐蚀成为工件失效的主要原因,经济高效地提高表面耐磨和耐蚀性成为研究的焦点。本文利用激光熔覆-离子渗氮复合改性技术在N80表面依次制备Cr-Ni-Ti-La熔覆层及渗氮层。熔覆层可为渗氮层提供强度支撑并起到强化渗氮效果,同时可改善渗氮层和N80基体的硬度梯度大引起的疲劳失效和渗氮层脱落等问题;渗氮层可为表面带来极好的耐磨性和优异的耐蚀性。本文设计9种成分不同的Cr-Ni-Ti-La熔覆层并采用
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磨损和腐蚀成为工件失效的主要原因,经济高效地提高表面耐磨和耐蚀性成为研究的焦点。本文利用激光熔覆-离子渗氮复合改性技术在N80表面依次制备Cr-Ni-Ti-La熔覆层及渗氮层。熔覆层可为渗氮层提供强度支撑并起到强化渗氮效果,同时可改善渗氮层和N80基体的硬度梯度大引起的疲劳失效和渗氮层脱落等问题;渗氮层可为表面带来极好的耐磨性和优异的耐蚀性。本文设计9种成分不同的Cr-Ni-Ti-La熔覆层并采用统一的渗氮工艺(渗氮温度:460℃,渗氮时间:8 h)制备复合改性层,对N80表面复合改性层进行物相结构,显微硬度,摩擦磨损及耐蚀性能测试及分析,总结各成分对复合改性层耐磨耐蚀性的影响规律,得出优化的熔覆层成分,并研究渗氮工艺对复合改性层的影响,筛选出优化成分的最佳渗氮工艺参数。实验结果表明,Cr-Ni-Ti-La复合改性层可显著提高N80表面的耐磨及耐蚀性能;提高Cr元素比例可同时提高熔覆层和渗氮层硬度并提高复合改性层的耐蚀性;Ni元素可提高复合改性层的耐蚀性,提高Ni元素比例将降低复合改性层硬度,减弱耐磨性;元素Ti可细化熔覆层晶粒,提高熔覆层硬度,但Ti含量过高复合改性层脆性增加,渗氮层形成裂纹;La可显著提高离子渗氮速度。渗氮层由Cr N主相,γ’-Fe4N相和含量最少的Ni2.9Cr0.7Fe0.36相组成。优化的熔覆层成分为Cr2Ni1Ti0.05La0.05,其最佳渗氮工艺参数为渗氮温度500℃、渗氮时间12 h。Cr2Ni1Ti0.05La0.05在最佳渗氮工艺参数下复合改性层中渗氮层厚度、渗氮层硬度、平均摩擦系数和磨损失重分别为84.47μm、1140.7 HV0.1,0.617,0.0008 g,相同渗氮工艺的N80直接渗氮试样N-N80的渗氮层厚度、渗氮层硬度、平均摩擦系数和磨损失重分别为13.16μm、794.6 HV0.1、0.748和0.0031 g,两者相比,渗氮层厚度提高541.87%,渗氮层硬度提高43.56%,摩擦系数下降17.51%,磨损失重仅为N-N80的25.81%。复合改性层以磨粒磨损为主并伴有一定的粘着磨损。复合改性层在3.5%氯化钠溶液中的腐蚀电流密度为同样渗氮工艺下基体直接渗氮试样N-N80的41.46%,在0.5 mol/L硫酸溶液中腐蚀电流密度比N-N80小2个数量级。
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