crnimo不锈钢表面激光熔覆与合金化抗空蚀涂层研究博士论文

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1、束Ik犬学NoRTHEASTERNUNIVERSITY博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：CrNiMo不锈钢表面激光熔覆与合金化抗空蚀涂层研究作者学院专业指导教师备注张小彬材料与冶金学院材料学刘常升教授二零零八年二月日．7kII-II■■PlII■1^．．J～I．，j：，＼：●I●●I-I

2、分类号UDC密级学位论文f㈣删㈣㈣㈣IY1844：：

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4、ig岑CrNiMo不锈钢表面激光熔覆与合金化抗空蚀涂层研究作者姓名：张小彬指导教师：刘常升教授东北大学材料与冶金学院申请学位级别：博士学科

5、类别：工学学科专业名称：材料学论文提交日期：2007年12月20日论文答辩日期：2007年2月日学位授予日期：2008年3月日答辩委员会主席：评阅人：⋯～⋯．’。’’’东北大学2008年2月rf簟◆．DoctoralDissertationStudyonCavitationResistanceLayeronSurfaceofCrNiMoStainlessSteelbyLaserCladdingandAlloyingbyZhangXiaoBin(ADissertationSubmittedtotheGradu

6、ateSchooloftheNortheasternUniversityfortheDegreeofDoctorofMaterialsScience)Supervisor：ProfessorLiuChangShengNortheasternUniversityFeb．2008，一：～一1独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

7、献均已在论文中作了明确的说明并表示谢：叱思。学位论文作者签名：欲，J·彬日期：Z卯F．芗．Z学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。)学位论文作者签名：涨，J、彬签字日期：刎暑．岁，Z导师签名：签字日期：币1露矸扩c，易．孑-哆．，、“’·，r

8、●摘要0Crl3Ni5Mo马氏体不锈钢(CrNiMo)具有良好的抗空蚀性能、耐蚀性能和抗冲刷磨损性能，是常用的水轮机部件材料。但是，CrNiMo不锈钢在作为制造大型水轮机转轮的材料时，容易出现裂纹。为降低开裂趋势，提高材料性能，对合金成份进行了调整，增加真空精炼冶炼工艺，开发出了M．CrNiMo不锈钢。本文将二者与0Crl3Ni4Mo不锈钢相对照，研究了这三种不锈钢材料的抗空蚀损伤、空蚀与腐蚀交互作用损伤和冲刷磨损行为，并对其抗空蚀机理进行了探讨。为了进一步提高M．CrNiMo不锈钢的抗空蚀能力，利用激光表

9、面合金化和激光熔覆技术在M．CrNiMo不锈钢材料表面制备具有冶金结合界面、无裂纹等缺陷、组织致密和抗空蚀性能优良的涂层，进而改进水轮机转轮表面处理技术。采用超声振荡空蚀实验设备对三种不锈钢材料进行了超声空蚀实验；利用电化学测试系统测量了不锈钢材料在静态和空蚀条件下的极化曲线；并采用旋转圆盘仪装置对不锈钢材料进行了冲刷磨损实验。实验结果表明，M．CrNiMo不锈钢在单相液体介质中的抗空蚀和抗冲刷磨损性能明显高于CrNiMo不锈钢和0Crl3Ni4Mo不锈钢。不锈钢微观组织中的各相在空蚀作用下产生塑性变形和破

10、坏。破坏从铁素体薄弱区开始，而后扩展到马氏体，产生空蚀微坑；到了空蚀稳定期，在整个材料表面，空蚀微坑随空蚀的继续而加宽、加深，发展成尺寸较大的空蚀坑。腐蚀与冲刷磨损因素对三种不锈钢的空蚀破坏都有显著促进作用，M．CrNiMo不锈钢在含砂水中的抗冲刷磨损性能略高于CrNiMo不锈钢和0Crl3Ni4Mo不锈钢。不锈钢的显微组织尺寸与硬度因素对抗空蚀性能的提高起决定作用。以M．CrNiMo不锈钢材料作为基体，采用激光表面技术，通过优化各项激光工艺参东北大学博士学位论文数，在M．CrNiMo不锈钢表面制备出了的抗

11、空蚀性能更强的WC合金化涂层和NiCrSiB熔覆层。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDAX)、透射电镜(TEM)、X．射线衍射分析(XRD)、超声振荡空蚀试验机以及测定显微硬度等分析手段，对所制备涂层的组织结构、界面结合、空蚀失重、空蚀形貌及相关机理进行了系统的研究。选取纯WC粉末作为合金化材料，利用脉冲Nd：YAG激光器，优化激光工艺，在M．CrNiMo不锈钢材料表面制备出的激光表面合