激光熔覆Zr基非晶涂层的制备及其环境腐蚀-应力耦合失效机理研究

Laser clad amorphous coating against the failure of metallic members under multi-field coupling effect has been a research hotspot recently. The internal and external stress of the coating affects the corrosion resistance directly. Up to the present, few studies have been focused on the failure mechanism of the laser clad amorphous coating under the coupling effect of environmental corrosion and stress. With amorphous zircaloy ribbon as the precursor material for laser cladding, the high temperature-low temperature dynamics, corrosion resistance and cladability will be analyzed to optimize the coating material and determine the process window for the amorphous coating with the high content of amorphous phase, sound corrosion resistance and excellent cladability. The influence of the gap regulation between ribbons and the substrate on the fusion property of the coating-substrate interface will be explored to establish the fusion mechanism of the gap. The decisive factors of the internal and external stress and the effect of the stress on the corrosion resistance of the coating will be clarified. The failure mechanism of the coating under the coupling effect will be elucidated. The implementation of the project will provide a theoretical guidance for the realization of laser clad amorphous coating with superior corrosion resistance under the effect of stress.

利用激光熔覆非晶涂层减弱工程环境中多场耦合作用引起的金属构件失效是近年来的研究热点。涂层的残余应力和外场应力直接影响其耐腐蚀性能，但目前针对激光熔覆非晶涂层的环境腐蚀-应力耦合失效机理的研究较少。课题组将以Zr基非晶薄带作为熔覆材料，分析高温-低温动力学、可熔覆性和耐腐蚀性，实现涂层材料的优化设计，确定激光熔覆非晶涂层的工艺窗口，获得具有较高非晶相含量、优良耐腐蚀性和可熔覆性的非晶涂层；研究薄带-基体的层隙调控对涂层与基体界面熔合性能的影响规律，阐明薄带熔覆过程中的层隙熔合机制；研究残余应力和外场应力性质的决定性因素及其对涂层耐腐蚀性能的作用规律，深入分析激光熔覆非晶涂层在环境腐蚀-应力耦合作用下的失效机理。本项目的实施将为应力作用下具有较佳耐腐蚀性的非晶涂层的制备提供理论指导。

利用激光熔覆非晶涂层减弱工程环境中多场耦合作用引起的金属构件失效是近年来的研究热点。涂层的成分、组织和制备工艺直接影响其耐腐蚀性能，但目前针对激光熔覆非晶涂层的环境腐蚀-应力耦合失效机理的研究较少。课题组以Zr基非晶薄带作为熔覆材料，优化组分设计，对其可熔覆性、耐腐蚀性和耐磨性进行研究，实现涂层材料的优化设计，确定激光熔覆非晶涂层的工艺窗口，获得具有较高非晶相含量、优良耐腐蚀性和可熔覆性的非晶涂层；研究涂层与基体界面熔合性能的影响因素，阐明高温熔体的运动对涂层宏观和微观性能的影响，确定其熔合机制；研究应力对材料耐腐蚀性能的影响，针对非晶/纳米晶涂层的多场耦合性能研究提出解决方案，对实验装置进行升级改造，为后续深入分析激光熔覆非晶涂层在环境腐蚀-应力耦合作用下的失效机理奠定基础。本项目的实施将为应力作用下具有较佳耐腐蚀性的非晶涂层的制备提供理论指导。在以下几方面开展了相关研究：.（1）Zr-Al-Co(Ti)非晶纳米晶涂层在NaCl溶液中的耐腐蚀性能研究 利用激光熔覆技术以非晶条带为熔覆材料制备ZrAlCoTi非晶纳米晶涂层，从组织结构、硬度、耐腐蚀性、耐磨性等方面研究了Ti对非晶纳米晶涂层的硬度和耐腐蚀性的影响规律；.（2）高温熔体的运动对涂层微观和宏观性能的影响 研究了高温熔体的运动对涂层微观和宏观性能的影响，以确定高温熔体流动对涂层熔合质量和表面起伏的作用机理；.（3）ZrAlCoTi非晶纳米晶涂层在H2SO4溶液中的耐腐蚀性能研究 研究了腐蚀介质的浓度和温度对ZrAlCoTi非晶纳米晶涂层的耐硫酸腐蚀性能的影响；.（4）Zr-Al-Co(Ti)非晶纳米晶涂层的摩擦磨损性能研究 对不同厚度的ZrAlCoTi非晶纳米晶涂层的耐磨性进行了研究；.（5）激光熔覆Fe-Cr-Mo-B-C非晶纳米晶涂层的耐磨蚀性能研究.（6）原位合成增强相对Fe-Cr-Mo-B-C非晶纳米晶涂层的耐磨蚀性能研究.（7）环境腐蚀与应力耦合作用下材料的服役性能研究