冷焊技术在核泵材料表面强化及再制造中的应用

核主泵是核电站的紧要部件，在安全高速运行的核电站中具有无法替代的作用，核泵工作环境恶劣，材料表面极易受到磨损、腐蚀作用而破坏，造成核泵的使用寿命大大降低，影响核电站整体的正常安全运行。类激光高能脉冲冷焊技术具有制备的合金化层结合强度高、热影响区小、基体材料变形量小和操作简单、灵活等特点，适用于焊后无变形和不易拆卸的设备零部件。本实验采用类激光高能脉冲冷焊技术在核泵用奥氏体不锈钢表面制备Fe基及Ni基合金化层。采用光学金相显微镜（LOM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）等对试样的微观组织形貌、成分、相结构进行分析，同时采用数显显微硬度计、摩擦磨损试验机、超声波空蚀仪及电化学测试系统对合金化层的力学性能、摩擦磨损性能、耐空蚀性能及耐腐蚀性能进行分析与测试。实验结果表明：采用类激光高能脉冲冷焊制备的Fe基和Ni基系列合金化层均与304不锈钢基体呈良好的冶金结合，其中，Fe基合金化层的主要由α-Fe，Cr23C6、Cr7C3等相组成，其微观组织形貌主要呈定向树枝晶增长，达到合金化层表面呈不定向增长，3Cr13合金化层和4Cr13合金化层的平均显微硬度分别为510HV和600HV。Ni基合金化层的相组成为γ-Ni，FeNi3，NiMo，Ni3Mo，FeCrMo和CrB相，Ni基合金化层微观组织形貌从界面到表面呈平面晶-树枝晶的变化趋势，在合金化层表面处出现块状的富Mo相，Ni基合金化层的平均显微硬度为540HV。与304不锈钢基材相比，Fe基和Ni基合金化层的相对耐磨性均明显提高，4Cr13、3Cr13、Ni基合金化层的相对耐磨性依次为5.32、3.88、4.39。在3.5%NaCl溶液中的合金化层电化学腐蚀及空泡腐蚀性能测试结果表明，Ni基合金的耐蚀性最佳，空蚀5h后其失重量ΔG、线粗糙度Ra及面粗糙度Sa分别是304不锈钢基材的1/7、1/17、1/8。