新型鈷基Co-Al-W合金設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)沉淀強(qiáng)化機(jī)制認(rèn)為,鈷基高溫合金中γ'強(qiáng)化相易呈脆性形態(tài)沉淀析出,γ'相與合金基體錯(cuò)配度較大,造成鈷基合金不良的高溫性能。Co-Al-W合金是由γ'-Co3(Al,W)相沉淀強(qiáng)化的新型鈷基高溫合金,由于合金具有在某一高溫范圍內(nèi)強(qiáng)度隨溫度升高而增加的“反?！弊兓F(xiàn)象。對(duì)Co-Al-W合金進(jìn)行成分設(shè)計(jì)和制備,研究合金耐NaCl溶液電化學(xué)腐蝕、耐75％Na2SO44+25％NaCl熔鹽熱腐蝕和空氣中抗800、900℃高溫氧化行為,合金在不銹

2、鋼基體上堆焊性能成為學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題。
　　 本論文在對(duì)燃燒合成和真空感應(yīng)熔煉制備鈷基Stellite6合金微觀組織、碳化物類(lèi)型及分布等預(yù)實(shí)驗(yàn)及對(duì)Co-Al-W合金固溶溫度、強(qiáng)化相類(lèi)型、微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度等國(guó)內(nèi)外已有研究工作的基礎(chǔ)上,通過(guò)合金成分設(shè)計(jì),對(duì)燃燒合成和真空感應(yīng)熔煉制備Co-Al-W合金固溶溫度、強(qiáng)化相類(lèi)型、微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度等進(jìn)行研究,進(jìn)而對(duì)合金電化學(xué)腐蝕、熱腐蝕和高溫氧化性能及Co-Al-W合金在不銹鋼基體上堆焊性能

3、研究,為合金設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn):
　　 (1)燃燒合成和真空感應(yīng)熔煉制備Co-Al-W合金微觀組織由γ-Co基體及其上γ'-Co3(Al,W)強(qiáng)化相和少量碳化物組成。鎢含量增加,合金固溶溫度升高,在γ-Co基體上γ'相數(shù)量和體積分?jǐn)?shù)增加。合金元素Ta、Nb、Mo、Ti與γ-Co基體形成A3B型相Co3(Ta,Nb,Mo,Ti)可提高合金中γ'-Co(Al,W)相和γ-Co基體的結(jié)晶度,對(duì)Co-Al-W合金

4、中γ'相起到不同程度的穩(wěn)定作用,合金的固溶溫度和硬度適度提高。
　　 (2)Co-Al-W合金在NaCl溶液中電化學(xué)腐蝕時(shí),由于Cl-穿透鈍化膜導(dǎo)致“閉塞腐蝕電池”效應(yīng),在晶界處發(fā)生點(diǎn)蝕。加入合金元素Mo、Nb、Ti和Ta可以提高Co-Al-W合金耐NaCl溶液的電化學(xué)腐蝕能力。
　　 (3)Co-Al-W合金在800℃75％Na2SO4+25％NaCl熔鹽中腐蝕后腐蝕膜分三層,即呈蓬松狀由鈷氧化物Co3O4組成的最外層

5、,由Co、Al、W和合金元素復(fù)雜氧化物組成的中間過(guò)渡層和由Al、Co氧化物組成較致密的最內(nèi)層。合金元素在氧化性氣氛中形成的腐蝕氧化膜對(duì)基體起良好保護(hù)作用。
　　 (4)Co-Al-W合金在800℃和900℃空氣中靜態(tài)氧化后氧化膜大致分為三層,即以鈷氧化物Co3O4形式存在且厚度基本均勻的氧化膜最外層;基體和表面層間不連續(xù)的中間過(guò)渡層主要由W、Al和合金元素氧化物組成;氧化膜內(nèi)層主要是Co、Al氧化物。Co-Al-W合金中Ta、N

6、b、Mo、Ti元素的加入可提高合金在高溫空氣中靜態(tài)氧化的氧化激活能,減少合金氧化增重,提高合金抗高溫氧化能力。
　　 (5)在304不銹鋼基體表面用TIG電弧對(duì)Co-8-8Al-9.8W(at.％)合金混合粉末進(jìn)行堆焊,能獲得表面成形及與母材結(jié)合良好的堆焊層。堆焊電流和堆焊速度都會(huì)對(duì)堆焊層熔寬、熔深和稀釋率產(chǎn)生影響。堆焊層合金微觀組織由γ-Co基體及其上碳化物和復(fù)雜Co、Al元素金屬問(wèn)化合物組成。堆焊層硬度較高,平均硬度約為HR

7、C53.1,顯微硬度最高Hv50可達(dá)1050。
　　 (6)燃燒合成和真空感應(yīng)熔煉方法制備Stellite6合金微觀組織均由γ-Co基體及其上對(duì)基體起強(qiáng)化作用的碳化物組成。由于燃燒合成制備合金時(shí)熱量聚集和散失不均勻,合金并不是過(guò)飽和固溶體,碳化物處于亞穩(wěn)態(tài)且不能均勻析出。燃燒合成制備Stellite6合金耐中性NaCl溶液腐蝕能力較強(qiáng)。
　　 綜合以上研究結(jié)果,通過(guò)合金成分設(shè)計(jì)、合金化可顯著提高Co-Al-W合金固溶溫度