磁力泵耐磨耐腐蚀涂层制备的工艺及性能研究

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磁力驱动泵是一种通过磁力来传递力矩的液体运输设备,在实际工程应用中,泵内零件会受到具有强酸性、强碱性液体的腐蚀及在高速旋转的过程中发生过度磨损。目前采用最多的方法是在泵零件上压铸性能较高的硬质合金,但是硬质合金脆性大、抗冲击性差、与零件结合力较低所以易碎裂、脱落。本文通过在基体Fe316L表面熔覆Ni、Co-Cr基合金熔覆层,并分别向其中加入不同质量分数的WC硬质相,得到复合合金熔覆层。探究WC硬质相对熔覆层显微组织的影响及耐磨性、耐腐蚀性的增强机理,从而确定最佳的Ni-WC、Co-Cr-WC复合粉末配比,以满足磁力泵零件在工程应用中的材料性能需求。具体研究内容及主要结论如下:(1)以自熔性合金粉末中性能较高的Ni、Co-Cr基合金粉末为材料,通过正交试验,选择最佳的激光工艺参数,在磁力泵用Fe316L基体上对Ni、Co-Cr基合金粉末进行激光熔覆。结果表明,Ni基合金熔覆层的主要物相是γ-(Ni、Fe)、FeNi3、Cr23C6、M23C7、Ni4B3,衍射峰主要为 γ-(Ni、Fe)固溶体,Cr23C6、M23C7 等碳化物具有提高硬度,使熔覆层显微组织更加致密等作用。Co-Cr基合金熔覆层的主要物相是γ-Co、M23C6、Cr7C3、FeNi3、Co3W,与合金粉末中的元素成分基本一致,但是还包含了 FeNi3等物相。Ni基、Co-Cr基合金熔覆层的显微组织晶粒主要包括枝状晶、胞状晶、条状晶及枝晶间网状结构组成,其硬度相比于基体Fe316L有较大程度的提高;在摩擦磨损测试中,Ni基合金熔覆层的耐磨性强于Co-Cr基合金熔覆层,但是二者的磨损机制均主要为氧化磨损和粘着磨损。在电化学腐蚀试验中,Ni基和Co-Cr基合金熔覆层的耐腐蚀性均强于基体Fe316L,两个熔覆层的Tafel曲线均出现了电位正移及钝化区间,具有良好的耐腐蚀性。(2)在纯Ni、Co-Cr基合金熔覆层的试验基础上,向其中添加不同质量分数的WC硬质相。结果表明,当加入WC粉末后,Ni-WC复合熔覆层出现了 W2C、WC等硬度较高的物相,随着WC硬质相质量分数的升高,衍射峰逐渐提高,且出现了Ni4B3这种新的硼化物。当向Co-Cr合金粉末添加WC硬质相后,熔覆层出现了 Co3W、CCo2W4、W2C、WC等硬度较高的碳化物物相。WC颗粒在熔覆层中的形貌主要分为两种,一种是微溶解-扩散型,另一种为溶解-扩散型,未熔化的WC颗粒附近的枝晶生长受到阻碍,起到了晶粒细化的作用。随着WC含量的增加,两种复合熔覆层的硬度及耐磨性均有不同程度的增强。在电化学腐蚀试验中,加入不同质量分数WC硬质相后的Ni-WC、Co-Cr-WC复合熔覆层相比于纯合金熔覆层具有更强的耐腐蚀性,动电位极化曲线中的钝化区间相比于未添加WC的熔覆层也要更长,其电化学腐蚀密度随WC质量分数的增加不断减小。(3)利用Ni-30%WC、Co-Cr-30%WC这两种复合合金粉末在磁力驱动泵轴、泵环等零件上制备了复合熔覆层,在最佳工艺参数条件下得到了具有复合熔覆层的磁力泵轴、泵环,经过机加工、表面冲洗等步骤,将熔覆后的泵轴装配进32CQ-25F工程塑料磁力驱动泵,在输送系统中持续运转100天。观察装机测试后的泵轴、泵环表面形貌可以发现,熔覆层未见明显磨痕、腐蚀坑、裂纹、弯曲等缺陷,说明Ni-30%WC、Co-Cr-30%WC这两种复合合金熔覆层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优点,能够满足磁力泵零件工程应用中的性能需求。
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