摘 要

316不锈钢具有良好的力学性能及耐蚀性，是一种在核能、化工、食品等领域应用较为广泛的钢铁材料。然而在实际使用情况下，316不锈钢易被腐蚀和磨损。本实验利用机械合金化的方法在316不锈钢表面制备Ni-Ti-Al涂层，旨在提高316不锈钢表面的硬度、耐腐蚀性和耐磨性等性能。通过对比研究了不同球磨转速和时间下涂层的宏观形貌，使用光学显微镜、SEM观察了涂层的微观组织形貌。使用XRD测试涂层的物相组成，结合EDS分析了涂层的化学成分。通过测量涂层的Tafel 极化曲线以及涂层表面的摩擦系数，研究了不同球磨时间和转速对涂层的耐蚀性和耐磨性影响。实验结果表明，在7h、300r/min的球磨条件下，获得了连续、致密、且结合良好的Ni-Ti-Al涂层。该涂层有效的提高了316不锈钢的硬度、耐蚀性和耐磨性，改善了316不锈钢的使用性能以及在实际中的使用寿命，具有很高的经济价值。

关键词：316不锈钢 机械合金化 Ni-Ti-Al涂层 耐蚀性 耐磨性

Abstract

316 stainless steel has good mechanical properties and corrosion resistance. It is a steel material widely used in nuclear energy, chemical industry, food and other fields. However, 316 stainless steel is susceptible to corrosion and wear in practical use. In this experiment, Ni-Ti-Al coating was prepared on 316 stainless steel surface by mechanical alloying, aiming at improving the hardness, corrosion resistance and wear resistance of 316 stainless steel surface. The macro-morphology of the coatings at different milling speeds and times was studied. The micro-morphology of the coatings was observed by optical microscope and SEM. XRD was used to test the phase composition of the coating, and EDS was used to analyze the chemical composition of the coating. By measuring the Tafel polarization curve of the coating and the friction coefficient of the coating surface, the effects of different milling time and rotating speed on the corrosion resistance and wear resistance of the coating were studied. The experimental results show that continuous, compact and well-bonded Ni-Ti-Al coatings have been obtained under ball milling conditions of 7h and 300r/min.The coating effectively improves the hardness, corrosion resistance and wear resistance of 316 stainless steel, improves the service performance and service life of 316 stainless steel in practice, and has high economic value.

Key words: 316 stainless steel; mechanical alloying; Ni-Ti-Al coating; corrosion resistance; wear resistance

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究的意义及背景 1

1.2机械合金化及机械合金化表面涂覆 1

1.3机械合金化表面涂覆研究现状分析 2

1.4 Ni-Ti-Al涂层的作用 3

1.5研究目的及主要研究内容 3

1.5.1 研究目的 3

1.5.2主要研究内容 3

第二章 实验材料、设备与方法 5

2.1 实验材料 5

2.2实验设备与装置 5

2.3 316不锈钢表面Ni-Ti-Al涂层的制备工艺及方法 6

2.4试样分析设备及方法 6

第三章 球磨时间对Ni-Ti-Al涂层的影响 9

3.1涂层宏观形貌分析 9

3.2 涂层物相组成分析 9

3.3 球磨时间对涂层显微组织的影响 10

3.4 球磨时间对涂层性能的影响 15

3.4.1显微硬度分析 15

3.4.2耐蚀性分析 16

3.4.3耐磨性分析 17

3.5小结 18

第四章 球磨转速对Ni-Ti-Al涂层的影响 19

4.1涂层宏观形貌分析 19

4.2 球磨转速对涂层显微组织的影响 19

4.3 球磨转速对涂层性能的影响 22

4.3.1显微硬度分析 22

4.3.2耐蚀性分析 23

4.3.3耐磨性分析 24

4.4小结 25

第五章 结论 26

第六章 经济性分析 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1课题研究的意义及背景

不锈钢因为有良好的力学性能，优异的耐蚀性，因此被广泛应用于许多领域^[1]。奥氏体不锈钢是不锈钢中使用量最大的一种，因其优异的耐蚀性和加工成型性能成为工业生产中重要的材料之一^[2]。316不锈钢是典型的奥氏体不锈钢，因其添加了一定量的Mo，高温强度、耐蚀性、耐腐蚀性较好，因此被广泛应用于核能、化工、食品等领域^[2]。但是，在石油、航天等特定环境下，316不锈钢的硬度较低，耐磨损性能难以满足要求，316不锈钢构件经常发生失效的情况^[3]。因此，对316不锈钢表面进行改良处理显得极其重要。

机械合金化(Mechnical Alloying，简称为MA)使金属粉末以固态的形式直接使结合制成合金，在如今这个新材料快速发展的时代，机械合金化在材料的生产与结合方面起到了很重要的作用^[4]。机械合金化在航空航天、天然气、化工等诸多工程项目中被广泛使用，这些工程中的器械通常在高温高压条件下服役，在此条件下器械很容易腐蚀^[5]。因此，在这些重要器械上制备涂层就尤为必要^[6]。还有一些机械设备在潮湿、多变的环境中服役，因此磨损和腐蚀是这类机械的主要失效模式。如何提高材料的耐磨性和耐腐蚀性也正是科技工作者关注的热点之一^[7]。

1.2机械合金化及机械合金化表面涂覆

机械合金化是一种不加催化剂，金属粉末直接在固态形式下，受到机械力的作用而制备出新材料的方法^[8]。该方法来自Benjamin^[9]的实验，刚开始被用来制备镍基合金，然后制备耐火材料等新材料，还有后来的稀土硬磁性合金等^[9]。Schlup在1990年发表了通过机械合金化的方法来制备纳米晶材料的文章^[10]。自此人们在利用机械合金化法制备纳米晶材料这个领域做了大量的工作，并取得了不错的成果^[11]。

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