核閥密封面無鈷鐵基合金及激光涂層性能研究.pdf

1、閥門是核電站正常安全運(yùn)行必不可少的重要控制部件,核電閥門密封面堆焊層的質(zhì)量是影響閥門性能的重要因素之一。目前核閥密封面堆焊材料一般均為含鈷合金。然而,鈷基合金不僅價(jià)格昂貴,特別是在核環(huán)境下工作時(shí),鉆基合金磨損和腐蝕碎片中的Co-59受激發(fā)將形成Co-60同位素,這會(huì)延長核輻射的半衰期,因此今后第三代核級閥門的密封面都要求采用無鈷材料。
　　 本文設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用于核電閥門密封面堆焊層的新型無鈷鐵基合金。以鐵為主體,添加C、Ni、

2、Cr、B、Si、W、V、Mo、Mn等合金元素,制備成新的合金粉末,并將其命名為CL-1。
　　 堆焊層性能與質(zhì)量不僅取決于堆焊材料,而且在很大程度上還取決于堆焊方法與工藝。本文采用光內(nèi)送粉激光熔覆新工藝在不銹鋼基體上熔覆CL-1涂層。對環(huán)形中空光和常用的實(shí)心高斯光比較發(fā)現(xiàn),中空光在透光率、光束能量分布以及熔池對流形態(tài)方面具有諸多優(yōu)勢,獲得的熔層質(zhì)量更高、組織性能更好。
　　 顯微硬度測試發(fā)現(xiàn)激光熔覆層顯微硬度是基體的1.

3、6-1.8倍；通過SEM結(jié)構(gòu)組織分析表明:熔覆層上呈現(xiàn)組織依次為窄胞狀晶區(qū)、粗大樹枝晶區(qū)、細(xì)小樹枝晶和等軸晶區(qū)這樣一個(gè)變化趨勢；通過涂層XRD物相分析發(fā)現(xiàn)主要為Fe63Mo37,Fe2Si,Fe0.4Mn3.6C,Fe2SiV,Ni2Si以及Fe7.79Mn2.20Si6等相。同時(shí),熔覆層中含有許多細(xì)小的各種碳化物,如Fe3c、Fe5C2、Mn5C2等,這些碳化物本身具有較高的硬度。由于它們的存在,會(huì)在熔覆層中生成大量的位錯(cuò)和層錯(cuò)等結(jié)構(gòu)

4、,使得硬度增加,同時(shí)它們本身也會(huì)起到彌散強(qiáng)化作用。XRD分析還發(fā)現(xiàn)通過基體元素的擴(kuò)散,合金元素滲入會(huì)引起固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化；EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)在激光熔覆的過程中發(fā)生了元素?cái)U(kuò)散,熔覆層與基體實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。通過熱腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CL-1無鈷鐵基合金激光涂層的耐熱腐蝕性能優(yōu)于Noremo02鐵基合金熔覆層,接近Stellite6鈷基合金熔覆層的耐熱腐蝕性能。對激光熔覆層耐高溫摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)CL-1無鈷鐵基合金粉末在高溫