核閥密封面Stellite6合金激光熔覆及覆層注N+表面改性研究.pdf

1、閥門作為核電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，其在核電站中的地位日顯突出。對(duì)于核閥工作者而言，研制出更為先進(jìn)的密封面堆焊材料、制定出更為理想的工藝方案，找到更為有效的表面改性方法是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。
　　以Stellite6為代表的CoCr-A類鈷基合金很好地滿足了核閥密封面耐腐蝕和沖蝕、抗擦傷和劃傷、高溫紅硬性等性能要求。和常規(guī)堆焊方法比較，在核閥密封面上采用激光熔覆Stellite6鈷基合金粉末技術(shù)可以獲得組織更為致密、熔覆層硬度更高、覆層

2、與基體結(jié)合牢固的鈷基硬質(zhì)合金涂層。但是，如何解決核閥密封面間的硬度差、如何有效進(jìn)行大面積大厚度激光熔覆、如何進(jìn)一步提高Stellite6合金激光熔覆層的硬度及耐磨耐腐蝕性能，一直困擾著核閥工作者。本文在核閥密封面試樣表面開展了Stellite6合金單層單道和多層多道激光熔覆及高溫、高束流密度條件下Stellite6激光熔覆層的N+注入實(shí)驗(yàn)和分析研究。
　　在316L奧氏體不銹鋼法蘭盤上開展了Stellite6合金單層單道和多層多道

3、激光熔覆的實(shí)驗(yàn)，獲得了組織連續(xù)、均勻、致密、與基體形成良好冶金結(jié)合的熔覆層。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過分析Stellite6合金單層單道激光熔覆道橫截面幾何參數(shù)、顯微硬度曲線與激光加工參數(shù)之間的關(guān)系，得到與擬合模型很好吻合的熔覆道截形曲率半徑的計(jì)算模型，構(gòu)建了等厚度熔覆條件下以熔覆道截面積為目標(biāo)函數(shù)、以激光輸出功率及掃描速度為設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，為降低核閥鈷基合金用量提供了科學(xué)依據(jù)和設(shè)計(jì)方法。
　　采用同步送粉法，探索了在核閥密封面上

4、開展大面積大厚度激光熔覆的可行性，在激光功率 P=2500W，掃描速度 v=5mm/s，光斑直徑D=5.05mm，離焦量H=20mm的條件下。雙層4道和雙層8道不會(huì)出現(xiàn)宏觀氣孔和裂紋的現(xiàn)象，熔覆搭接道數(shù)的增加會(huì)降低熔覆層表面的平整度以及覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，熔覆層顯微組織從結(jié)合區(qū)到表層依次由平面晶向胞狀晶、樹枝晶、等軸晶過渡，熔覆道數(shù)的增加會(huì)使覆層顯微硬度略微降低，但不會(huì)影響熔覆層顯微硬度整體曲線的形態(tài)。
　　在高溫、高束流密度及

5、大劑量條件下對(duì)Stellite6激光熔覆層進(jìn)行N+注入，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N+在覆層中的注入深度達(dá)到15μm，較常溫、中等束流密度、中等劑量條件下注入深度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且濃度分布呈準(zhǔn)高斯?fàn)?；注、未注試樣的表面粗糙度檢測(cè)對(duì)比結(jié)果表明，N+的轟擊和濺射作用改善了覆層表面粗糙度Ra、Rz、Rsm的參數(shù)值及支承條件，提高了密封面的抗腐蝕、抗裂紋能力；XRD物相檢測(cè)分析結(jié)果表明，注入覆層中產(chǎn)生了大量呈彌散分布的氮化物如微晶態(tài)的Fe3N、細(xì)小的Fe2

6、N和FeNm（m<1）以及一定量的Cr3N0.4C1.6；N+注入引起的析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和微晶強(qiáng)化作用使得覆層顯微硬度顯著提高；摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，化學(xué)成分和合金相的改變、顯微硬度的提高、表面粗糙度的改善及位錯(cuò)網(wǎng)向堆焊層內(nèi)部的推移是Stellite6激光堆焊層在N+注入后耐磨性能得以明顯提高的主要原因；電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，高溫、高束流密度、大劑量 N+注入在熔覆層表面形成的高密度缺陷、無序態(tài)、微晶態(tài)氮化物的產(chǎn)生、Rsm大