手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

核阀密封面无钴镍基合金激光熔覆层组织性能研究

徐爱琴

  核电阀门是核电设备至关重要的部件,而其密封面的使用性能直接影响到阀门的使用寿命。一直以来,钴基合金一直被认为核阀密封面的首选堆焊材料。同而钴基合金的使用面临着两大问题:一是钴属于稀缺金属,价格昂贵,且数量有限;二是钴基合金中的Co59在有辐射的环境中会被激发生成放射性同位素Co60,且Co60元素半衰期很长,从而形成核污染,增加处理成本和潜在风险。因此,设计开发一种代钴阀门密封面堆焊合金材料显得十分重要。 本文设计开发出一种新型无钴Ni基合金材料。该合金以Ni元素为主,通过固溶强化、第二相强化、晶界强化等原理,适量添加了Cr3C2、Cr、Mo、Si、B和Y2O3纳米颗粒作为强化元素。并通过相计算原理,对粉末配方进行平均电子浓度计算,微调粉末元素含量,在设计阶段控制有害相的生成。利用中空激光工艺对粉末进行熔覆,进而对激光熔覆层进行显微组织结构分析和力学性能分析,最终确定了最佳的粉末配方,并命名为Ni-4。 激光熔覆层显微组织结构分析表明:Ni-4涂层底部区域主要由胞状晶和具有明显方向性的树枝晶组成;中部区域主要存在两种典型的组织结构,呈葵花状密排分布的细条状枝晶和呈菊花状分布的粗棒型的胞状晶组织;端部区域主要由细小针状树枝晶组成。EDS和XRD物相分析表明:Ni-4涂层主要由基本相γ镍基固溶体和碳硼化物M_(23)(C、B)6、硅化合物Ni17Si3以及金属间化合物FeNi_3、Ni_(2.9)Cr0.7Fe0.36等组成,同时存在少量的Ni_3B、CrB、Cr_7C_3等强化相。 显微硬度测试表明:常温下,Ni-4涂层的横向平均显微硬度为695.3HV0.3,纵向平均显微硬度为698.6HV0.3,且无局部硬度突变,该硬度高于母体Ni45合金和Stellite6合金200HV0.3左右;且常温下,Ni-4合金的横纵向显微硬度随区域的变化呈现出区域特征,这与合金显微组织特征相吻合;在300℃、600℃和900℃下,对几种合金进行高温显微硬度测试,发现在各温度下,Ni-4合金显微硬度均高于Ni45和Stellite6两种合金,且硬度随温度变化幅度也小于二者。同时试验结果表明,在900℃高温下,Ni-4合金仍具有高温使用性能。 高温摩擦磨损试验表明:在常温、360℃和600℃下,Ni-4涂层的平均摩擦系数分别为0.3740、0.2884和0.4445。且在360℃下,摩擦系数最小且最稳定,这说明在该温度下,Ni-4合金具有最佳的耐磨性能。与Stellite06和Ni-45合金相比,三种温度下,Ni-4合金摩擦系数均小于Ni45;常温和600℃时,Ni-4合金摩擦系数稍高于Stellite6合金。Ni-4合金磨痕SEM照片表明,Ni-4合金属于磨粒磨损,磨痕细小且光滑。磨损量测试表明,在三种温度下,Ni-4合金具有最小的磨损量,且远小于Stellite6和Ni45合金。 耐腐蚀试验表明:在酸性腐蚀液中,常温和高温下,Ni-4合金均具有比Stellite6钴基合金更好,比Ni45合金更稳定的耐腐蚀性能。在碱性溶液中,三者均具有相近的耐腐蚀性能,最终均达到稳定的腐蚀速率,且数值均很小。……   
[关键词]:核电阀门密封面;无钴;镍基合金;高温硬度;高温耐磨损;高温耐腐蚀
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:苏州大学2012年