,1276 北京科技大学学报 第30卷 喷焊层与基体的结合方式为治金结合，结合强度很 表1两种喷焊材料的化学成分（质量分数） 高，因此镍基合金喷焊层在环保型锅炉的防护领域 Table 1 Chemical composition of two kinds of spray-welding materials % 应用非常广泛[，热疲劳是喷焊锅炉管道失效的主 要原因，大量的研究工作报道了产生热疲劳的原因， 样品 B C Si Cr Fe Ni Cu Mo 改善热疲劳性能的途径，评估热疲劳寿命的理论根 Ni-A8.12.13.918.45.856.32.52.9 据与实例[5-].镍基合金的耐磨性、耐蚀性和耐热 Ni-B 5.22.13.615.53.370.3- 性远优于铁基合金，甚至接近钴基合金，应用也越来 利用HX一1000型显微硬度计测定涂层到基体 越广泛.马运哲等在NrCr系镍基熔覆层中加入 的硬度分布，利用Rigaku D/MAX RB型X射线衍 Ce02,结果表明：稀土Ce02使得Ni35合金激光熔 射仪测定热疲劳前喷焊层的物相，利用JS840型 覆层组织明显细化，柱状晶消失，二次枝晶间距显著 扫描电镜观察和分析热疲劳实验前后Ni一A、NiB 减小，组织趋向均匀：同时减少了熔覆层中的夹杂物 两种样品的微观组织形貌、喷焊层横截面合金元素 含量，一定程度上净化了熔覆层组织，提高了N35 的分布、相成分的变化以及热疲劳裂纹产生和扩展 合金激光熔覆层的硬度[)，石世宏等研究了多冲载 的过程 荷对激光熔覆的NiCr系合金覆盖层的影响，认为 沿着喷焊钢管轴向切取3mm见方1mm厚的 NiCr系合金具有优异的抗循环冲击的性能Io], 喷焊层，然后将样品研磨减薄至50左右，然后电 由于关于Mo、C山元素对镍基合金喷焊层的影响以 解双喷，至样品穿孔为止，电解液成分为10%浓 及过渡层工艺对镍基合金喷焊层的作用目前报道很 HS04和90%C2H4(0H)2,电压为10V,穿孔时间 少，因此本研究工作首先在STBA22钢管基体上制 5min左右，利用透射电子显微镜观察和分析热疲 备Ni一A、NiB两种镍基合金喷焊层，并研究了这 劳实验前喷焊层相的形态和晶体结构， 两种喷焊层的微观组织、相分布及硬度分布对热疲 劳性能的影响， 2实验结果与讨论 1实验方法 2.1物相组成 图1(a)和(b)分别是Ni一A和NiB样品喷焊 表1给出了制备Ni一A、NiB两种喷焊层的Ni 层的XRD图谱，两种喷焊层均由富Ni相、硼化物、 基合金粉末的化学成分.在Ni一A喷焊层与结合层 碳化物构成，还有少量的硅化物，硼和硅有两个作 结合区域，有100m左右的无C区，其他成分比例 用：一是降低Ni、Cr的熔点，形成了金属间化合物； 与表1相同，NiB喷焊层则无此区域.将Ni一A、 二是在喷焊过程中充当还原剂，脱氧造渣，形成的 NiB两种喷焊钢管切成l0mm宽的圆环样品，利用 硼硅酸盐主要分布在外表面，在喷焊层内部残留很 高频加热炉，将样品加热到550℃，保温30s后水冷 少，碳元素也有还原作用，产生气体脱离喷焊层，再 至室温.每个样品循环100次 右计皂形成瑞化物对暗惧早形成弥勒品化 (a Ni o NiB (b) oCr C o BCr A Ni ONiB oCr,C。oCr,B 102030405060708090100110 102030405060708090100110 20(°) 20(°) 图1Ni一A(a)和NiB(b)喷焊层的XRD谱线 Fig.1 XRD patterns of Ni-A(a)and Ni-B(b)spray coatings 2.2喷焊层横截面元素分布 明喷焊层中存在富Ni与富Cr相；在Ni一A中，Cr与 图2和图3分别为两种喷焊层横截面主要元素 Mo同时出现最大值与最小值，说明Mo元素在富 分布的线分析结果与分析位置的二次电子像，两种 Cr相中富集.C与B元素太轻，超出EDS检测限， 喷焊层中Ni,Cr元素相继出现最大值与最小值，说 它们的分布情况需要进一步工作来完善，喷焊层与基体的结合方式为冶金结合‚结合强度很 高‚因此镍基合金喷焊层在环保型锅炉的防护领域 应用非常广泛［4］．热疲劳是喷焊锅炉管道失效的主 要原因‚大量的研究工作报道了产生热疲劳的原因‚ 改善热疲劳性能的途径‚评估热疲劳寿命的理论根 据与实例［5－8］．镍基合金的耐磨性、耐蚀性和耐热 性远优于铁基合金‚甚至接近钴基合金‚应用也越来 越广泛．马运哲等在 Nr－Cr 系镍基熔覆层中加入 CeO2‚结果表明：稀土 CeO2 使得 Ni35合金激光熔 覆层组织明显细化‚柱状晶消失‚二次枝晶间距显著 减小‚组织趋向均匀；同时减少了熔覆层中的夹杂物 含量‚一定程度上净化了熔覆层组织‚提高了 Ni35 合金激光熔覆层的硬度［9］．石世宏等研究了多冲载 荷对激光熔覆的 Ni－Cr 系合金覆盖层的影响‚认为 Ni－Cr 系合金具有优异的抗循环冲击的性能［10］． 由于关于 Mo、Cu 元素对镍基合金喷焊层的影响以 及过渡层工艺对镍基合金喷焊层的作用目前报道很 少‚因此本研究工作首先在 STB A22钢管基体上制 备 Ni－A、Ni－B 两种镍基合金喷焊层‚并研究了这 两种喷焊层的微观组织、相分布及硬度分布对热疲 劳性能的影响． 1 实验方法 表1给出了制备 Ni－A、Ni－B两种喷焊层的 Ni 基合金粉末的化学成分．在 Ni－A 喷焊层与结合层 结合区域‚有100μm 左右的无 C 区‚其他成分比例 与表1相同‚Ni－B 喷焊层则无此区域．将 Ni－A、 Ni－B两种喷焊钢管切成10mm 宽的圆环样品‚利用 高频加热炉‚将样品加热到550℃‚保温30s 后水冷 至室温．每个样品循环100次． 表1 两种喷焊材料的化学成分（质量分数） Table1 Chemical composition of two kinds of spray-welding materials ％ 样品 B C Si Cr Fe Ni Cu Mo Ni－A 8∙1 2∙1 3∙9 18∙4 5∙8 56∙3 2∙5 2∙9 Ni－B 5∙2 2∙1 3∙6 15∙5 3∙3 70∙3 － － 利用 HX－1000型显微硬度计测定涂层到基体 的硬度分布‚利用 Rigaku D／MAX－RB 型 X 射线衍 射仪测定热疲劳前喷焊层的物相‚利用 JSM－840型 扫描电镜观察和分析热疲劳实验前后 Ni－A、Ni－B 两种样品的微观组织形貌、喷焊层横截面合金元素 的分布、相成分的变化以及热疲劳裂纹产生和扩展 的过程． 沿着喷焊钢管轴向切取3mm 见方1mm 厚的 喷焊层‚然后将样品研磨减薄至50μm 左右‚然后电 解双喷‚至样品穿孔为止．电解液成分为10％浓 H2SO4 和90％ C2H4（OH）2‚电压为10V‚穿孔时间 5min 左右．利用透射电子显微镜观察和分析热疲 劳实验前喷焊层相的形态和晶体结构． 2 实验结果与讨论 2∙1 物相组成 图1（a）和（b）分别是 Ni－A 和 Ni－B 样品喷焊 层的 XRD 图谱．两种喷焊层均由富 Ni 相、硼化物、 碳化物构成‚还有少量的硅化物．硼和硅有两个作 用：一是降低 Ni、Cr 的熔点‚形成了金属间化合物； 二是在喷焊过程中充当还原剂‚脱氧造渣．形成的 硼硅酸盐主要分布在外表面‚在喷焊层内部残留很 少．碳元素也有还原作用‚产生气体脱离喷焊层‚再 有就是形成碳化物对喷焊层形成弥散强化． 图1 Ni－A（a）和 Ni－B（b）喷焊层的 XRD 谱线 Fig．1 XRD patterns of N-i A（a） and N-i B （b） spray coatings 2∙2 喷焊层横截面元素分布 图2和图3分别为两种喷焊层横截面主要元素 分布的线分析结果与分析位置的二次电子像．两种 喷焊层中 Ni、Cr 元素相继出现最大值与最小值‚说 明喷焊层中存在富 Ni 与富Cr 相；在 Ni－A 中‚Cr 与 Mo 同时出现最大值与最小值‚说明 Mo 元素在富 Cr 相中富集．C 与 B 元素太轻‚超出 EDS 检测限‚ 它们的分布情况需要进一步工作来完善． ·1276· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷