レーザーラッディングによるFeCrNiCSixコーティングの微細構造および高温摩擦特性に及ぼすSi含有量の影響

冶金装置は冶金産業にとって不可欠です。 その使用条件は複雑で、多くの場合、高温（500度）、重荷重、その他の環境での使用、高温摩耗、高温酸化により機器の表面損傷が発生しやすく、安全性と耐用年数に影響を与えます。 表面コーティング技術は、冶金部品を保護する重要な手段です。 現在、冶金部品の表面保護技術には、溶射技術、アーク溶解技術、表面溶接、レーザー被覆技術などが含まれます。 レーザークラッディング技術では、高エネルギーのレーザービームを使用して粉末を溶融し、同時にマトリックスの表面に溶融池を形成します。 急速冷却後、マトリックスとの冶金学的結合によりコーティングが形成されます。 レーザークラッディング技術によって作成されたコーティングには、冶金的結合、低い希釈放出速度、小さな熱影響部、緻密な構造という利点があるため、レーザークラッディング技術によって作成された保護コーティングは、冶金部品の効果的な保護手段となっています。

コーティング材料は、冶金部品の表面に対するレーザークラッディングコーティングの保護効果の鍵となります。 中でも、Fe-Cr-Si合金コーティングは、高温環境下で高温ガス、酸化物、腐食性媒体から基材を保護でき、耐酸化性と耐食性が良く、硬度と耐摩耗性が高く、広く使用されています。高温、高腐食、高摩耗環境におけるサービスパーツの表面保護。 Fe-Cr合金耐摩耗鋼の微細構造と特性に及ぼすSi含有量(0.6%-2.5%)の影響Siの添加が分布の改善に役立つことが判明炭化物の第二相。 Si含有量が増加すると、合金鋼の硬度が増加し、耐摩耗性と耐食性が向上します。 Si含有量が2.3%を超えると靱性が低下します。

要約すると、Si 元素はコーティングの耐摩耗性、耐食性、耐酸化性を効果的に向上させることができます。 しかし、現在、主な研究は、低Si含有量の合金コーティングに焦点を当てています（< 5 wt.%), and there are few studies on the alloy coating with high Si content (>５重量％）。 したがって、この論文では、レーザークラッディング技術によってFeCrNiCSixコーティングを調製し、高Si含有量（5重量％、10重量％、15重量％）下でのFeCrNiCSixコーティングの微細構造に対するSi含有量の変化の影響を調べました。研究されました。 硬度と高温耐摩耗性の影響は、高 Si 合金コーティングの研究に理論的基礎を提供し、冶金部品の表面保護に技術的サポートを提供します。

コーティング粉末は純度99%以上のクロム粉末、シリコン粉末、ニッケル粉末、カーボン粉末、鉄粉末で構成されており、篩い分け後の粉末の粒径は53～150μmです。 NX-100 高精度電子天秤を使用して、5 wt.%、10 wt.%、および 15 wt.% の Si 元素を含む混合粉末を調製しました。 混合粉末の組成を表１に示す。整形後、遊星ボールミルを用いて混合する。 回転速度は２００ｒ／分、時間は４時間であり、粉末を混合した後、真空乾燥オーブンを使用して１００度で２時間乾燥させた。 異なるSi含有量の粉末によって調製されたコーティングは、5Si、10Si、および15Siコーティングと名付けられました(表2に示す)。 マトリックスには1Cr11Ni2W2MoV（1Cr11Ni）耐熱鋼板を使用しています。

表1 耐熱鋼基材の組成e(重量%)

タブ.2 構成 フェクニッケルシx 粉(重量.%)

レーザークラッディング装置はTruDisk6{{10}}06ファイバーレーザーを採用し、プロセスパラメータは1600Wのレーザー出力、50%の接合率、5mmのスポット径、600mm/分の走査速度、および粉末供給です。速度は5r/min。 被覆クラッドが完了した後、DK7750 ワイヤーカット装置を使用してサンプルを一辺 10 mm の直方体に切断します。 塗装はサンドペーパーで磨いて磨きます。 腐食は、０．７重量％のＨＦ、４３重量％のＨＮＯ ３ 、５０重量％のＨ ２ Ｏを含有する腐食溶液中で約１０秒であった。 皮膜の微細構造はLeicaDM6000M金属顕微鏡およびFEI-Sirion 200電界放射型走査型電子顕微鏡で観察し、各相の化学組成は走査型電子顕微鏡のエネルギー分散型分光計(EDS)で分析した。 ＸＲＤ相分析は、Ｍｉｎｉｆｌｅｘ６００Ｘ線回折装置を用いて実施した。 MC010-HVS-1000 ビッカース微小硬度計は、コーティング断面の硬度を測定し、各点が 1.5 mm 離れた 10 点を測定し、平均を取ります。 高温摩耗性能の実験装置はMRH-1摩耗試験機です。 摩擦と摩耗の動作図を図 1 に示します。摩耗品質の損失は、DJ1002A 高精度電子天秤によって測定されます。 摩耗試験パターンを長さ、幅、高さそれぞれ 20 mm、10 mm、10 mm の直方体のブロックに切断し、サンドペーパー (600-2000 メッシュ) で研磨して磨きました。 3D トポグラフィー表面粗さ計による検出後、Si 含有量の異なる 3 つのコーティングの摩耗試験サンプルの平均表面粗さは 0.91 μm であり、特定の高温摩耗試験パラメータを表 3 に示します。

表 3 のパラメータ 高温摩耗テセント

(1) レーザークラッド法で作製した 5Si、10Si、15Si 皮膜では、5Si 皮膜の微細構造は主に樹枝状で等軸構造であり、相組成は主に -Fe および Fe-Cr 固溶体で構成されています。 10Si および 15Si コーティングの微細構造は主に等軸であり、相組成は主に Fe3Si および Fe-Cr 固溶体から構成されます。

(2) Si 元素含有量の増加に伴い、皮膜の硬度と摩耗速度が増加します。これは、Fe3Si 相が高い硬度を持ちながら一定の脆性を有しており、摩耗過程で重大な剥離が発生するためです。それに応じてコーティングの摩耗率も増加します。

(3) 5Si コーティングは凝着摩耗と酸化摩耗が主な特徴であり、高温での耐摩耗性は最も優れていますが、耐酸化性が悪く、硬度が低いです。 10Si および 15Si コーティングは主に摩耗であり、摩耗率は徐々に増加します。 3 つのコーティングと比較すると、10Si コーティングが最も優れた Si 含有量のコーティングであると判断されます。

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