高频感应熔覆制备耐蚀耐磨涂层研究

发布时间：2017-05-25 16:16

  本文关键词：高频感应熔覆制备耐蚀耐磨涂层研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 为了解决抽油杆的腐蚀磨损问题,延长其使用寿命,使用高频感应加热技术对抽油杆调质处理时在其表面冷涂覆耐蚀耐磨覆层使之与抽油杆形成冶金结合,由于熔覆过程难以控制,表面涂层容易流淌,成型较差,基于此本文运用有限元软件ANSYS对不同工艺的高频感应熔覆温度场进行数值模拟,得到感应重熔时涂层和基体表面之间感应磁场和温度场的分布图;分析了感应重熔工艺参数对模拟结果的影响,找到了较好的工艺参数;最后以数值模拟的结果为参考进行试验研究,将模拟得到的工艺参数运用到试验中。试验中,采用镍基合金中加入3%,6%,9%的稀土镧氧化物以改善冷涂法制备涂层的表面成型困难和孔隙率高等问题,并结合高频感应加热与超音速火焰喷涂技术在抽油杆表面用钢制备涂层,利用OP、XRD、SEM、EPMA手段分别对上述两种方法制备的涂层组织、基体和涂层结合处的亚结构与电化学腐蚀、冲蚀磨损性能测试与研究。 结果表明,感应加热瞬间在基体表面和涂层近表面分别有电磁密度、功率密度较高的区域,在感应加热频率为100KHz时,工作电流为1400A,处理时间为14S时,获得NiCrBSi熔覆涂层质量最高,当在镍基涂层加入6%的稀土镧氧化物,涂层的耐蚀和耐冲蚀磨损性能最好,阳极腐蚀电流为16.34 A/cm2,在90°角冲蚀90min后涂层失重仅为2.11 mg/mm2,在熔覆过程中涂层元素与基体元素在高温下发生扩散,并在界面处形成白亮带,界面的主要成分Ni、Fe固溶体、铁的碳、硼化物;超音速火焰喷涂层经感应重熔后,涂层与基体形成冶金结合,消除了涂层中的层状结构,其耐蚀和耐磨性能大大提高,而且其组织与性能均优于冷涂法制备的涂层。
【关键词】：冷涂法 超音速火焰喷涂 高频感应熔覆 稀土 界面 电化学腐蚀 冲蚀磨损
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG174.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景10
• 1.2 抽油杆防腐蚀磨损的研究现状10-12
• 1.3 高频感应熔覆技术的现状12-16
• 1.3.1 高频感应加热原理12-13
• 1.3.2 高频感应熔覆技术13
• 1.3.3 熔覆材料的选择13
• 1.3.4 涂层的预制备13-15
• 1.3.5 保护介质的选用15
• 1.3.6 熔覆组织微观组织及性能研究15-16
• 1.4 感应加热过程的数值模拟16-18
• 1.5 课题的研究内容、研究意义和技术路线18-20
• 1.5.1 研究内容、研究意义18-19
• 1.5.2 技术路线19-20
• 第二章 涂层的制备及组织性能测试方法20-25
• 2.1 引言20
• 2.2 试验材料20
• 2.3 涂层制备方法20-22
• 2.3.1 试样表面预处理20-21
• 2.3.2 涂层的制备21-22
• 2.4 涂层微观组织及相组成分析22
• 2.4.1 涂层光学显微组织分析22
• 2.4.2 涂层表面形貌分析22
• 2.4.3 涂层相组成分析22
• 2.4.4 涂层孔隙率的测定22
• 2.5 涂层性能测试方法22-25
• 2.5.1 涂层显微硬度22
• 2.5.2 涂层冲蚀磨损性能22-23
• 2.5.3 涂层电化学腐蚀性能23-25
• 第三章 基于ANSYS 的高频感应熔覆过程的工艺研究25-47
• 3.1 感应加热基本理论25-26
• 3.1.1 电磁感应加热25-26
• 3.1.2 集肤效应、圆环效应与透入深度26
• 3.2 模型的建立26-27
• 3.3 材料属性的处理27-29
• 3.4 边界条件、单元类型选择与网格划分29-32
• 3.4.1 边界条件29-30
• 3.4.2 单元类型选择30-31
• 3.4.3 网格划分31-32
• 3.5 线圈与工件感生电流相互影响的处理32
• 3.6 电磁场、温度场的耦合32-35
• 3.6.1 模拟计算的基本参数33-34
• 3.6.2 计算模型的可靠性验证34-35
• 3.7 模拟计算结果与分析35-42
• 3.7.1 不同电流，感应加热时间与频率的对基体和涂层温度场的影响35-38
• 3.7.2 感应熔覆工艺参数的优化38-40
• 3.7.3 电流值为1400A 时的温度场分布40-42
• 3.8 模拟结果的试验验证42-46
• 3.8.1 涂层宏观形貌42-43
• 3.8.2 基体和涂层的显微组织43-46
• 本章小结46-47
• 第四章 高频感应熔覆NICRBSI 涂层界面行为47-52
• 4.1 感应熔覆NICRBSI 涂层界面组织分析47-48
• 4.2 界面组织与显微硬度统计分析48-51
• 4.2.1 统计分析原理48-49
• 4.2.2 界面组织及显微硬度统计分析结果49-51
• 本章小结51-52
• 第五章 稀土氧化物对NICRBSI 涂层组织与性能的影响52-68
• 5.1 熔覆材料成分及制备52
• 5.2 涂层宏观形貌分析52-55
• 5.3 涂层的相分析55
• 5.4 稀土氧化物涂层组织的影响55-56
• 5.5 稀土氧化物对涂层横截面合金元素分布的影响56-59
• 5.6 涂层显微硬度的统计分析59-60
• 5.7 涂层电化学腐蚀和浸泡试验60-64
• 5.8 涂层冲蚀磨损性能64-66
• 5.9 稀土氧化物对感应熔覆的作用机理66-67
• 本章小结67-68
• 第六章 高频感应熔覆超音速火焰喷涂NICRBSI 涂层研究68-75
• 6.1 涂层的相分析68-69
• 6.2 涂层显微组织分析69-70
• 6.3 涂层显微硬度分析70-72
• 6.4 熔覆层的电化学腐蚀72-73
• 6.5 熔覆层冲蚀性能73-74
• 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果82-83
• 致谢83

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张乐;陈美英;高峰;国俊丰;徐鹏;;预涂和感应重熔制备Ni60熔覆层的研究[J];热喷涂技术;2011年01期

2 国俊丰;刘东华;侯伟骜;万伟伟;张乐;;层流冷却辊感应熔覆制造技术[J];热喷涂技术;2012年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王瑞英;防垢耐蚀耐磨涂层的制备与性能研究[D];中国石油大学;2010年

2 李二兴;液压支架活塞杆表面防护层的制备与组织性能研究[D];郑州大学;2012年

3 刘俊钊;感应重熔对多元铝青铜S-APS涂层再结晶组织的影响研究[D];兰州理工大学;2012年

4 李忠华;凸轮共轭感应淬火机构设计及感应加热数值模拟[D];重庆大学;2012年

5 秦义;高频感应熔涂温度场及应力场的数值模拟[D];内蒙古科技大学;2012年

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本文编号：394288