感应熔覆石墨烯复合涂层的组织与性能研究

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316L不锈钢是一种具有优良耐腐蚀和较好高温力学性能的奥氏体不锈钢,广泛应用于海洋工业、石油工业、化学及造纸行业以及高温螺栓螺母等材料方面。然而,316L不锈钢在腐蚀条件下尚不能满足同时存在摩擦磨损工况条件下的应用,对316L不锈钢的性能如耐腐蚀、耐磨损提出了更高的要求,因此,提高316L不锈钢的耐蚀耐磨综合性能具有重要意义。因采用传统的方法未能获得耐蚀耐磨综合性能且兼顾良好表面结合强度。本文以316不锈钢粉末为基体粉末,石墨烯作为增强体,通过感应熔覆方法在316L不锈钢表面成功制备出了不锈钢石墨烯复合涂层,获得了耐蚀耐磨高性能涂层。通过成分和工艺的设计,研究了熔覆工艺与力学性能的关系,获得了最佳工艺和处理方法。利用金相显微镜、扫描电镜和XRD,研究了不同熔覆工艺对涂层组织结构及性能的影响。同时利用MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、电化学工作站等对涂层的组织、物相、形貌等进行了分析,探究石墨烯的耐磨耐蚀机理。实验结果表明,涂层硬度随着电流的增大而提高,涂层硬度随着石墨烯含量的增加而逐渐提高。石墨烯含量为0.5%时,涂层硬度约为252 HV,涂层硬度较基体提高了近47%。不同处理工艺对熔覆层表面形貌有着较大的影响。横截面组织可以分为三部分,涂层、过渡区、基体,整个横截面没有气孔、夹杂、裂纹等缺陷,致密度良好。随着石墨烯含量的增加使得涂层的耐磨性提高,石墨烯的添加改善了耐磨损性能。通过添加石墨烯,涂层的耐蚀性能得到明显改善。本文证实了石墨烯能够提高316L不锈钢的耐腐蚀耐磨损性能,为更好地理解和改进感应熔覆石墨烯复合强化处理技术奠定了理论基础,为该技术今后工业实际应用提供重要的技术支持。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第9-22页
    1.1 课题研究背景第9-10页
    1.2 表面工程技术第10-16页
        1.2.1 激光熔覆技术第10-11页
        1.2.2 热喷涂技术第11-12页
        1.2.3 感应熔覆技术第12-16页
    1.3 不锈钢合金粉末及石墨烯纳米片概述第16-18页
        1.3.1 不锈钢合金粉末概述第16-17页
        1.3.2 石墨烯纳米片概述第17-18页
    1.4 感应熔覆技术的研究现状第18-20页
        1.4.1 真空感应熔覆第18-19页
        1.4.2 感应复合技术第19页
        1.4.3 感应加热数值模拟第19-20页
    1.5 本文研究的意义、目的以及内容第20-22页
2 试验材料、设备及试验方法第22-27页
    2.1 实验材料第22-23页
        2.1.1 基体材料第22页
        2.1.2 涂层材料第22-23页
    2.2 试验设备第23-24页
        2.2.1 感应加热设备第23-24页
        2.2.2 检测设备第24页
    2.3 实验方案第24-27页
        2.3.1 熔覆层的制备第24-25页
        2.3.2 组织及相结构分析第25页
        2.3.3 熔覆涂层性能分析第25-27页
3 感应熔覆工艺及力学性能研究第27-33页
    3.1 感应电流对力学性能的影响第27-28页
    3.2 熔覆时间对力学性能的影响第28-29页
    3.3 石墨烯含量对力学性能的影响第29-31页
    3.4 不同距离与显微硬度的关系第31-32页
    3.5 本章小结第32-33页
4 熔覆涂层显微组织与相结构分析第33-44页
    4.1 熔覆层表面显微组织演化第33-40页
        4.1.1 不同感应电流的熔覆层表面形貌及EDS第33-35页
        4.1.2 不同熔覆时间的熔覆层表面形貌及EDS第35-38页
        4.1.3 不同石墨烯含量的熔覆层表面形貌及EDS第38-40页
    4.2 涂层显微组织分析第40-42页
    4.3 相结构分析第42-43页
    4.4 本章小结第43-44页
5 熔覆涂层的耐磨性能研究第44-51页
    5.1 涂层摩擦系数分析第44-48页
    5.2 不同石墨烯含量的磨损形貌分析第48-50页
    5.3 本章小结第50-51页
6 熔覆涂层腐蚀性能研究第51-56页
    6.1 不同含量石墨烯的腐蚀性能分析第51-54页
    6.2 涂层腐蚀的表面形貌第54-55页
    6.3 本章小结第55-56页
7 总结第56-57页
参考文献第57-64页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果第64-65页
致谢第65-66页
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