Effet de la teneur en Si sur la microstructure et les propriétés de friction à haute température du revêtement FeCrNiCSix par rechargement laser

Les équipements métallurgiques sont essentiels à l'industrie métallurgique. Ses conditions de travail sont complexes, souvent à haute température (500 degrés), charges lourdes et autres services environnementaux, usure à haute température, oxydation à haute température conduisent facilement à des dommages à la surface de l'équipement, puis affectent la sécurité et la durée de vie du service. La technologie de revêtement de surface est un moyen important pour protéger les pièces métallurgiques. À l'heure actuelle, la technologie de protection de surface des pièces métallurgiques comprend la technologie de pulvérisation, la technologie de fusion à l'arc, le soudage de surface, la technologie de revêtement laser, etc. La technologie de revêtement laser utilise un faisceau laser à haute énergie pour faire fondre la poudre et former en même temps un bain de fusion à la surface de la matrice. Après refroidissement rapide, le revêtement est formé par liaison métallurgique avec la matrice. Le revêtement préparé par la technologie de revêtement laser présente les avantages d'une liaison métallurgique, d'un faible taux de libération dilué, d'une petite zone affectée par la chaleur et d'une structure dense, de sorte que le revêtement protecteur préparé par la technologie de revêtement laser est devenu un moyen de protection efficace pour les pièces métallurgiques.

Le matériau de revêtement est la clé de l’effet protecteur du revêtement laser sur la surface des pièces métallurgiques. Parmi eux, le revêtement en alliage Fe-Cr-Si peut protéger le substrat des gaz à haute température, des oxydes et des milieux corrosifs dans un environnement à haute température, a une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion, et a une dureté et une résistance à l'usure élevées, et est largement utilisé dans un environnement à haute température, à haute corrosion et à forte usure de la protection de surface des pièces de rechange. L'effet de la teneur en Si (0,6 %-2,5 %) sur la microstructure et les propriétés de l'acier résistant à l'usure en alliage Fe-Cr. Il s'avère que l'ajout de Si contribue à améliorer la répartition de la deuxième phase des carbures. Avec l'augmentation de la teneur en Si, la dureté de l'acier allié augmente et la résistance à l'usure et à la corrosion s'améliore. Lorsque la teneur en Si atteint 2,3 %, sa ténacité diminue.

En résumé, les éléments Si peuvent améliorer efficacement la résistance à l’usure, à la corrosion et à l’oxydation du revêtement. Cependant, à l’heure actuelle, les principales recherches se concentrent sur le revêtement en alliage à faible teneur en Si (< 5 wt.%), and there are few studies on the alloy coating with high Si content (>5% en poids. Par conséquent, dans cet article, le revêtement FeCrNiCSix a été préparé par la technologie de revêtement laser et l'effet du changement de teneur en Si sur la microstructure du revêtement FeCrNiCSix sous une teneur élevée en Si (5 % en poids, 10 % en poids, 15 % en poids) a été étudié. L'influence de la dureté et de la résistance à l'usure à haute température fournit une base théorique pour l'étude des revêtements en alliage à haute teneur en Si et fournit un certain support technique pour la protection de surface des pièces métallurgiques.

La poudre de revêtement est composée de poudre de chrome, de poudre de silicium, de poudre de nickel, de poudre de carbone et de poudre de fer d'une pureté supérieure ou égale à 99 %, et la taille des particules de la poudre est de 53 à 150 μm après criblage. Des poudres mélangées contenant 5 % en poids, 10 % en poids et 15 % en poids d'éléments Si ont été préparées à l'aide d'une balance électronique de haute précision NX-100. La composition de la poudre mélangée est présentée dans le tableau 1. Après configuration, utilisez un broyeur à boulets planétaire pour mélanger. La vitesse de rotation était de 200 tr/min, le temps était de 4 h et après avoir mélangé la poudre, l'étuve de séchage sous vide a été utilisée pour sécher à 100 degrés pendant 2 h. Les revêtements préparés avec de la poudre avec différentes teneurs en Si ont été appelés revêtements 5Si, 10Si et 15Si (indiqués dans le tableau 2). La matrice est constituée d’une plaque d’acier résistante à la chaleur 1Cr11Ni2W2MoV (1Cr11Ni).

Tab.1 Composition du substrat en acier résistant à la chaleure(% en poids)

Languette.2 Composition ofFeCrNiCSix poudre(poids.%)

L'équipement de revêtement laser adopte le laser à fibre TruDisk6{{10}}06, les paramètres de processus sont une puissance laser de 1 600 W, un taux de liaison de 50 %, un diamètre de spot de 5 mm, une vitesse de balayage de 600 mm/min et une alimentation en poudre. vitesse de 5 tr/min. Une fois le revêtement terminé, l'échantillon est découpé en un cuboïde d'une longueur de côté de 10 mm avec un équipement de coupe à fil DK7750. Le revêtement est poli et poli avec du papier de verre. La corrosion a duré environ 10 secondes dans la solution de corrosion contenant 0,7 % en poids de HF, 43 % en poids de HNO3, 50 % en poids de H2O. La microstructure du revêtement a été observée au microscope métallographique LeicaDM6000M et au microscope électronique à balayage à émission de champ FEI-Sirion 200, et la composition chimique de chaque phase a été analysée par un spectromètre à dispersion d'énergie (EDS) du microscope électronique à balayage. L'analyse de phase XRD a été réalisée avec un diffractomètre à rayons X Miniflex600. Le testeur de microdureté MC010-HVS-1000 Vickers mesure la dureté de la section transversale du revêtement, en mesurant 10 points, chaque point espacé de 1,5 mm, en prenant la moyenne. L'équipement expérimental pour les performances d'usure à haute température est la machine d'essai d'usure MRH-1. Le diagramme de fonctionnement du frottement et de l'usure est illustré à la figure 1. La perte de qualité d'usure est mesurée par la balance électronique de haute précision DJ1002A. Le motif de test d'usure a été découpé en blocs cuboïdes d'une longueur, d'une largeur et d'une hauteur de 20 mm, 10 mm et 10 mm respectivement, puis poli et poli avec du papier de verre (maille 600-2000). Après détection par profilomètre topographique 3D, la rugosité de surface moyenne des échantillons de test d'usure des trois revêtements avec une teneur en Si différente est de 0,91 μm, et les paramètres spécifiques du test d'usure à haute température sont présentés dans le tableau 3.

Tab.3 Paramètres de vêtements à haute températureSt

(1) Dans les revêtements 5Si, 10Si et 15Si préparés par revêtement laser, la microstructure des revêtements 5Si est principalement une structure dendritique et équiaxiale, et la composition de phase est principalement composée de solutions solides -Fe et Fe-Cr. La microstructure des revêtements 10Si et 15Si est principalement équiaxe et la composition de phase est principalement composée de solution solide Fe3Si et Fe-Cr.

(2) Avec l'augmentation de la teneur en éléments Si, la dureté et le taux d'usure du revêtement augmentent à leur tour, car la phase Fe3Si a une certaine fragilité tout en ayant une dureté élevée, et un écaillage important se produit pendant le processus d'usure, et le le taux d'usure du revêtement augmente en conséquence.

(3) Le revêtement 5Si se caractérise principalement par une usure adhésive et une usure oxydative, et sa résistance à l'usure à haute température est la meilleure, mais sa résistance à l'oxydation est faible et sa dureté est faible. Les revêtements 10Si et 15Si sont principalement des vêtements abrasifs et le taux d'usure augmente successivement. Comparé aux trois, le revêtement 10Si est considéré comme le revêtement ayant la meilleure teneur en Si.

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