Sự mài mòn và ăn mòn là hai nguyên nhân quan trọng gây ra hư hỏng bề mặt của vật liệu. Tuy nhiên, các kỹ thuật tăng cường bề mặt như xử lý nhiệt hóa học, phủ laser, lắng đọng hơi, mạ điện và phun có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của bề mặt kim loại. Hiện nay, công nghệ xử lý thấm nitơ và công nghệ phủ laser là những phương tiện tăng cường phổ biến và đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ngoài khơi, hàng không, năng lượng hạt nhân và các lĩnh vực khác. Lớp phủ FeCrNiMo được chế tạo bằng công nghệ phủ laze. Người ta nhận thấy rằng ở dạng mài mòn ma sát khối vòng, cơ chế chính của lớp ốp là mài mòn và mài mòn oxy hóa. Ở dạng ma sát và mài mòn qua lại của quả cầu và đĩa, lớp vỏ bị chi phối bởi cơ chế mài mòn oxy hóa và mỏi.
Quá trình thấm nitơ truyền thống có vấn đề về thời gian dài và hiệu quả thấp. Để nâng cao hiệu quả thấm nitơ và giảm lớp thấm nitơ giòn, đồng thời cải thiện hơn nữa khả năng chống mài mòn của lớp thấm nitơ cao, các vấn đề chính hiện nay phải đối mặt.
Lực liên kết của Ti và N rất mạnh. Việc bổ sung Ti thích hợp có thể làm tăng độ cứng bề mặt và độ sâu của lớp thấm nitơ, đồng thời nâng cao hiệu quả thấm nitơ. Đồng thời, Ti có tác dụng tinh luyện hạt, có thể cải thiện độ dẻo dai của lớp thấm nitơ cao. Vì vậy, trong bài báo này hàm lượng Ti (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 khác nhau, Ảnh hưởng của hàm lượng Ti đến vi cấu trúc, độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn của Ni-Cr-Mo- Lớp phủ bằng laser Ti và lớp hỗn hợp thấm nitơ plasma đã được nghiên cứu.Các cơ chế mài mòn có thể có đã được thảo luận để cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm nhằm cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn của lớp phủ.
1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm
304SS được chọn làm vật liệu cơ bản, bột kim loại Ni, Cr, Mo, Ti có độ tinh khiết cao hơn 99,95% khối lượng và kích thước hạt 48 ~ 74 μm đã được chọn. Việc cân được thực hiện theo tỷ lệ mol (NiCr) 92-x Mo8Tix (x=2 và 4 at%). Để đơn giản hóa việc mô tả, các lớp phủ đã chuẩn bị được đặt tên lần lượt là S1 và S2, và thành phần cơ thể được thể hiện trong Bảng 1. Bột được cho vào thùng chứa bằng thép không gỉ chân không, bi thép không gỉ được sử dụng làm bi nghiền cho 6 h, và bột nghiền được sấy khô trong lò sấy chân không ở 60 độ trong 24 giờ. Bột hợp kim có độ dày 2 mm được phủ lên bề mặt của ma trận bằng phương pháp bột đặt trước và bộ kích thích bán dẫn sợi quang (LSJG-BGQ-2000) có công suất đầu ra tối đa 2 kW được sử dụng cho tấm ốp. Công suất là 2,0 kW, tốc độ quét là 30 mm/phút, tỷ lệ chồng chéo của lớp phủ đa kênh là 40% ~ 50% và khí Ar được truyền vào khí AR với tốc độ 15 L/phút. Các mẫu được thấm nitơ bằng lò thấm nitơ phụ trợ theo phương thẳng đứng (FD-WR60/80) với điện áp hoạt động 720 V, độ chân không (350 ± 10) Pa, nhiệt độ thấm nitơ 540 độ và thời gian giữ 8 giờ. Tên mẫu là 304-N, S1-N và S2-N sau quá trình thấm nitơ, khi N2 và H2 được bơm vào theo tỷ lệ 1:5.
Bảng 1 Thành phần hóa học của lớp phủ ( NiCr ) 92-x Mo8 Tix ( at%)
|
Vật mẫu |
Ni |
Cr |
Mo |
Ti |
|
S1 |
45 |
45 |
8 |
2 |
|
S2 |
44 |
44 |
8 |
4 |
Mẫu được cắt thành các khối thử nghiệm có kích thước 10 mm×5 mm bằng máy cắt dây, được đánh bóng và đánh bóng theo tiêu chuẩn pha vàng và bị ăn mòn bằng nước vua (HCl ∶ HNO3=3 ∶ 1). Thành phần pha của mẫu được phân tích bằng máy đo nhiễu xạ tia X D/MAX-2500PC (XRD). Mục tiêu Cu K (λ=0.15405 nm) được sử dụng làm nguồn bức xạ, điện áp ống là 40 kV, dòng điện ống là 100 mA và Góc quét là 20 độ ~ 100 độ. Kính hiển vi điện tử quét (SEM, FEI Nova NanoSEM 450) và quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) được sử dụng để phân tích cấu trúc vi mô, thành phần hóa học và độ dày thấm nitơ của lớp phủ. Máy đo độ cứng Vickers (HVS{13}}) đã được sử dụng để đo độ cứng vi mô của bề mặt lớp phủ và từ mặt trên của lớp phủ đến lớp nền với tải trọng 100 g và thời gian tải là 15 giây. Một máy kiểm tra độ mài mòn và ma sát bi và tấm chuyển động qua lại (Rect MFT{16}}) đã được sử dụng để kiểm tra đường mòn của lớp phủ như sau: tải trọng là 20 N, thời gian mài mòn là 10 phút và vật liệu mài là quả cầu Al2O3 thẳng có đường kính 9,8 mm. Hệ số ma sát (COF) được ghi lại đồng thời và hình thái mài mòn được phân tích bằng BRUKER Contour GT-K1 và SEM. Đặc tính ăn mòn của lớp phủ và bề mặt thấm nitơ đã được kiểm tra bằng chế độ hệ thống ba điện cực truyền thống. Thiết bị thử nghiệm là máy điện hóa Gmary Reference 3000. Bề mặt thử nghiệm được sử dụng làm điện cực làm việc, điện cực calomel bão hòa (SCE) được sử dụng làm điện cực tham chiếu và điện cực bạch kim được sử dụng làm điện cực đếm. Chất điện phân là dung dịch NaCl 3,5% khối lượng. Mẫu được ngâm trong dung dịch HCl 1 mol/L trong 24 giờ, rửa nhẹ bằng cồn khan và sấy khô, sau đó quan sát hình thái ăn mòn bằng SEM.
2. Kết luận
1) (NiCr) 92-x Lớp phủ Mo8 Tix chủ yếu bao gồm pha FCC, pha σ-CrMo và một lượng nhỏ pha Cr2Ti. Sự hình thành pha (Cr,Ti) N sau khi xử lý thấm nitơ. Khi hàm lượng Ti tăng, hàm lượng pha (Cr,Ti)N tăng và độ dày của lớp thấm nitơ tăng.
2) Khi hàm lượng Ti tăng lên, độ cứng của lớp phủ tăng lên, lên tới 531 HV0.1. Sau khi xử lý thấm nitơ, độ cứng của lớp phủ tăng lên rất nhiều và cao nhất là 1258 HV0.1. Hệ số ma sát, chiều rộng và chiều sâu của vết mòn và lượng mài mòn của 304SS nhỏ hơn nhiều so với lớp phủ không thấm nitơ và xử lý thấm nitơ. Cơ chế mài mòn thay đổi từ mài mòn dính sang mài mòn và khả năng chống mài mòn được cải thiện đáng kể.
3) Mật độ dòng ăn mòn (Icorr) của lớp phủ thấm nitơ thấp hơn nhiều so với lớp phủ không thấm nitơ và 304SS sau khi thấm nitơ và không xảy ra hiện tượng rỗ. Trong số đó, S1-N có khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong dung dịch NaCl 3,5% khối lượng. Kết quả kiểm tra ăn mòn ngâm cho thấy chỉ có vết ăn mòn nhẹ trên bề mặt lớp phủ sau khi thấm nitơ và khả năng chống ăn mòn được cải thiện.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số bob@gshenglaser.com.