雙金屬復(fù)合管的制備工藝及其性能研究

學(xué)科代碼編號(hào)雙金屬復(fù)合管的制備工藝及其性能研究學(xué)號(hào)1110110106學(xué)生姓名徐培培導(dǎo)師丁毅班級(jí)材實(shí)驗(yàn)1101研究方向金屬表面科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院2014年6月8日內(nèi)容摘要雙金屬復(fù)合管屬于新型結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料，以低成本碳鋼為基管，內(nèi)襯以不銹鋼，使之承壓且耐蝕，性價(jià)比極高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。本文介紹了當(dāng)前國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管的制造工藝，重點(diǎn)介紹了機(jī)械旋壓法與預(yù)合金化工藝相結(jié)合的雙金屬復(fù)合管復(fù)合新工藝，同時(shí)研究了冶金熱熔合溫度與時(shí)間對(duì)NI68CR16MO8P8中間層結(jié)合強(qiáng)度的影響,為復(fù)合管的推廣應(yīng)用做出有益的探索。結(jié)果表明其最佳熱熔合溫度為1050，最佳熱熔合時(shí)間為30分鐘。關(guān)鍵詞碳鋼/不銹鋼復(fù)合材料制備工藝結(jié)合強(qiáng)度NICRMOP冶金結(jié)合ABSTRACTDOUBLEMETALCOMPOSITETUBEBELONGSTOTHENEWTYPEOFSTRUCTURALCOMPOSITES,ATLOWCOSTCARBONSTEELASBASETUBE,LININGINSTAINLESSSTEELITNOTONLYWASPRESSUREANDCORROSIONRESISTANTBUTALSOHASHIGHCOSTPERFORMANCE,SIGNIFICANTSOCIALANDECONOMICBENEFITSTHISPAPERINTRODUCESTHEDOUBLEMETALCOMPOSITETUBEMANUFACTURINGTECHNOLOGYATHOMEANDABROADANDMAINLYSTATETHEMECHANICALSPINNINGMETHODCOMBINEDWITHPREALLOYINGPROCESSOFDOUBLEMETALCOMPOSITETUBECOMPOSITETECHNOLOGYATTHEMEANTIME,THISARTICLESTUDIEDTHEINFLUENCEOFMETALLURGYHEATFUSIONTEMPERATUREANDTIMEFORNI68CR16MO8P8LAYERBONDINGSTRENGTHTOMAKEABENEFICIALEXPLORATIONFORDOUBLEMETALCOMPOSITETUBETHERESULTSSHOWTHATTHEBESTHEATFUSIONTEMPERATUREIS1050,THEBESTHEATFUSIONTIMEFOR30MINUTESKEYWORDSCARBONSTEEL/STAINLESSSTEELCOMPOSITEMATERIALPREPARATIONTECHNOLOGYBONDINGSTRENGTHNICRMOPMETALLURGICALBONDING1前言近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)資源和能源需求越來越大，而石油、天然氣等主要能源的開采都到了中后期階段，新發(fā)現(xiàn)的油田的環(huán)境腐蝕性較大，典型的腐蝕環(huán)境是三高高CL、高CO2和高H2S14。油氣田的集輸管道腐蝕主要為CL、CO2和H2S等引起的點(diǎn)蝕，即金屬大部分表面不發(fā)生腐蝕或者說其腐蝕很輕微，局部某些地方出現(xiàn)腐蝕小孔，然后CL等在孔內(nèi)塞積形成閉塞電池，從而使腐蝕加速向深處發(fā)展的現(xiàn)象。為了解決油氣田的腐蝕問題，并兼顧集輸管道的經(jīng)濟(jì)性，研發(fā)了不銹鋼/碳鋼高耐蝕雙金屬復(fù)合材料。雙金屬復(fù)合管屬于新型結(jié)構(gòu)性層狀復(fù)合材料，由于管道內(nèi)外介質(zhì)性能的不同（如腐蝕性），針對(duì)性地采用不同的材料制造外管（簡稱基管）和內(nèi)管（簡稱襯管），如圖1，并采用離心鑄造、爆炸復(fù)合、液壓復(fù)合、機(jī)械拉拔和機(jī)械旋壓等工藝方法將基管和襯管復(fù)合而成，基管（一般為碳鋼管）價(jià)格便宜能承壓而襯管（例如不銹鋼管）耐蝕?；陔p金屬復(fù)合管性價(jià)比極高以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，在上述石油、化工以及天然氣等苛刻工況介質(zhì)環(huán)境條件下的應(yīng)用和發(fā)展尤其具有廣闊的市場前景。目前美、英、法、德、日等國家已經(jīng)取得許多相關(guān)研究成果5，然而國內(nèi)雙金屬復(fù)合管的生產(chǎn)工藝一直沒能很好解決，如復(fù)合管的復(fù)合工藝、焊接工藝、結(jié)合強(qiáng)度和耐蝕性能，因此雙金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)剛剛起步，批量應(yīng)用尚處于萌芽階段。本文介紹了當(dāng)前國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管的制備工藝，重點(diǎn)介紹了機(jī)械旋壓法與預(yù)合金化工藝相結(jié)合的雙金屬復(fù)合管復(fù)合新工藝，同時(shí)通過研究碳鋼/不銹鋼復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度及其耐蝕性能，為復(fù)合管的推廣應(yīng)用做出有益的探索。圖1復(fù)合管結(jié)構(gòu)圖及價(jià)格參數(shù)FIG1PIPESTRUCTUREANDPRICEPARAMETERS2雙金屬復(fù)合管的制備工藝6目前雙金屬復(fù)合管的復(fù)合工藝有很多種，主要為以下5種復(fù)合工藝為主，但是各有其優(yōu)缺點(diǎn)，下面筆者將對(duì)其進(jìn)行一一介紹。21機(jī)械拉拔法79機(jī)械拉拔法是將外管與內(nèi)管套好后，通過具有帶有一定錐度孔的模具或是將擠壓模放在襯管內(nèi)，使金屬管由于受到擠壓而發(fā)生塑性變形，露出新鮮表面，進(jìn)而發(fā)生擴(kuò)散，從而發(fā)生冶金結(jié)合的一種復(fù)合方法。一般來講對(duì)于碳鋼/不銹鋼雙金屬復(fù)合管，將擠壓模放在襯管內(nèi)再適當(dāng)加熱的方法更好，因?yàn)槔芜^程中，不銹鋼受擠壓發(fā)生塑性變形，碳鋼側(cè)同時(shí)發(fā)生彈性形變與部分塑性形變，當(dāng)拉拔過程結(jié)束后，碳鋼受到內(nèi)部回復(fù)力的作用，而對(duì)不銹鋼起到一個(gè)內(nèi)部壓應(yīng)力，使內(nèi)外管壁緊密結(jié)合。圖2雙金屬內(nèi)拉拔示意圖圖3雙金屬外拉拔示意圖FIG2DOUBLEMETALDRAWINGSKETCHFIG3DOUBLEMETALDRAWINGSKETCH機(jī)械拉拔法適合于幾乎所有內(nèi)外管材料，但是結(jié)合強(qiáng)度不高，高溫下已分層，此外可能使復(fù)合管壁厚波動(dòng)，在管材表面形成節(jié)狀裂紋，而且由于拉拔過程產(chǎn)生巨大摩擦力，拉拔力的計(jì)算不太容易7,10,11。22爆炸復(fù)合法12爆炸復(fù)合法主要是利用爆炸沖擊波的能量使襯管發(fā)生塑性變形，基管發(fā)生彈性變形，彼此發(fā)生碰撞進(jìn)而發(fā)生擴(kuò)散復(fù)合。復(fù)合機(jī)理與內(nèi)拉拔產(chǎn)生壓應(yīng)力作用相似。爆炸復(fù)合法應(yīng)用廣泛，工藝簡單，但是復(fù)合界面呈波浪形，存在碳的遷移，機(jī)械強(qiáng)度低，復(fù)合表面質(zhì)量差，可控制性能差。23液壓成型法13,14液壓成型法是用管內(nèi)高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓，使內(nèi)外管達(dá)到小間隙配合的。外管的緊密配合需要通過管內(nèi)壁的滾壓過程完成，且周向分布的滾壓元件能自動(dòng)進(jìn)行位移補(bǔ)償，同時(shí)滾壓力保持穩(wěn)定，如圖4。但是此法制得的雙金屬復(fù)合管結(jié)合強(qiáng)度不夠高，據(jù)曾德智等的研究結(jié)果，當(dāng)成型壓力398MPA時(shí)，最大結(jié)合強(qiáng)度才221MPA。圖4滾壓復(fù)合法結(jié)構(gòu)圖圖5機(jī)械旋壓法結(jié)構(gòu)圖FIG4ROLLAFTERLEGALSTRUCTUREFIG5MECHANICALSPINNINGMETHODSTRUCTURE24離心鑄造法離心鑄造法15,16將離心澆鑄熱擠壓加工熱處理三種工藝相結(jié)合，首先對(duì)其基管金屬筒進(jìn)行內(nèi)表面處理，然后置于臥式離心機(jī)上啟動(dòng)離心機(jī)，依次澆入外層與內(nèi)層金屬熔液，使之在離心力的作用下形成部分冶金結(jié)合的雙金屬復(fù)合管坯，通過合理控制澆注時(shí)間，再采用差溫?cái)D壓與熱處理工藝，使雙金屬復(fù)合管整體性能（力學(xué)性能）得以充分發(fā)揮。用此法生產(chǎn)的2205雙金屬復(fù)合管是以雙相不銹鋼220500CR22NI5MO3N為內(nèi)復(fù)層。低合金鋼X6016MNV為外基層，不但界面完全冶金結(jié)合，綜合性能優(yōu)良，而且整體工藝流程短，生產(chǎn)成本低，已申請國家專利。但是此法尚未應(yīng)用到碳鋼/不銹鋼雙金屬復(fù)合管中。25機(jī)械旋壓法機(jī)械旋壓法復(fù)合過程與碾軋鋼管類似，先將復(fù)合管組合安裝好后，4個(gè)呈錐形的旋輪反方向旋轉(zhuǎn)并推進(jìn)，此時(shí)內(nèi)管不銹鋼均勻的貼在外管碳鋼上，如圖5。3雙金屬復(fù)合管的性能研究由于當(dāng)前碳鋼/不銹鋼雙金屬復(fù)合管的制備工藝還不夠成熟，同時(shí)結(jié)合強(qiáng)度較低，生產(chǎn)應(yīng)用受到多方限制。此外用上述方法制備的雙金屬復(fù)合管，碳鋼與不銹鋼直接接觸，一旦某處被點(diǎn)蝕穿孔后，形成原電池，加快腐蝕。因此，本課題組在目前國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管制備工藝基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地將機(jī)械旋壓復(fù)合與冶金復(fù)合結(jié)合在一起。在雙金屬層復(fù)合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用預(yù)合金化法制備NICRMOP合金中間層,通過機(jī)械旋壓法對(duì)內(nèi)管與外管進(jìn)行擠壓初步復(fù)合，然后通過電磁感應(yīng)法對(duì)復(fù)合管進(jìn)行局部加熱，從而實(shí)現(xiàn)中間層的冶金熱熔合，將不銹鋼與碳鋼牢固地結(jié)合在一起，并且能通過表面預(yù)合金化工藝參數(shù)的調(diào)整，靈活地控制冶金結(jié)合層的成分與厚度，以節(jié)約成本。圖圖6加合金中間層的雙金屬復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖FIG6ALLOYLAYEROFDOUBLEMETALCOMPOSITETUBESTRUCTUREDIAGRAM（1）選擇NICRMOP合金中間層1720，主要因?yàn)镹I基釬料成本低，耐腐蝕性好；CR可使鋼鐵等表面形成抗腐蝕的表層碳鋼不銹鋼NICRMOP合金中間層，能提高釬料的氧化性，降低釬焊接頭脆性與熔點(diǎn)；磷能大大降低鎳的熔點(diǎn)，NICRP基釬料是鎳基釬料中熔化溫度最低的釬料,屬共晶成分，具有較好的流動(dòng)性；而MO具有耐腐蝕性，特別是防點(diǎn)蝕性能好，也有固溶強(qiáng)化的作用,但也有加工硬化的危險(xiǎn)。加入NICRMOP合金中間層后，從理論上來講，雙金屬復(fù)合管的性能較之前會(huì)有所提高，原因1、通過對(duì)冶金結(jié)合層合金元素的調(diào)整，可以在基管和襯管界面處建立“腐蝕阻擋層”，進(jìn)一步提高復(fù)合管的耐蝕性和腐蝕壽命。2、避免碳鋼與不銹鋼的直接接觸，有效的避免了碳鋼與不銹鋼因自腐蝕電位不同而可能形成的腐蝕加速現(xiàn)象。3、中間層的冶金熱熔合，加速了合金元素的擴(kuò)散，有利于結(jié)合強(qiáng)度的提高。（2）為了方便實(shí)驗(yàn)研究，本課題組先對(duì)雙金屬復(fù)合板的復(fù)合工藝進(jìn)行了探究，從而為雙金屬復(fù)合管的制備與推廣探明道路，因此以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論均是在雙金屬復(fù)合板的基礎(chǔ)上得到的，距離在復(fù)合管上的應(yīng)用還有一段距離。整體研究過程如圖7圖7研究流程圖FIG7RESEARCHFLOWCHART31主要試劑與儀器1、前處理2、預(yù)合金化3、冶金熱熔合4、性能研究4、耐蝕性測試3、金相分析、SEM斷面分析2、剪切、沖擊強(qiáng)度測試1、EDS成分分析電鍍NIMO層電鍍CR層電鍍NIP層表1實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備TABLE1EXPERIMENTALINSTRUMENTSANDEQUIPMENT表2實(shí)驗(yàn)試劑TABLE2LABORATORYREAGENTS名稱型號(hào)或等級(jí)生產(chǎn)廠家六水合硫酸鎳AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司儀器與設(shè)備型號(hào)生產(chǎn)單位電鍍電源D1784L3005寧波中策電子有限公司數(shù)顯恒溫水浴鍋HH4國華電器有限公司管式爐KTL1600南大儀器廠數(shù)控線切割機(jī)DK7720泰州中興數(shù)控機(jī)床廠晶體管直流穩(wěn)壓電源WYJ30型鞍山市自動(dòng)化儀表三廠電子天平FA1104上海精科天平儀器廠托盤天平JPT江蘇常熟衡器廠金相試樣預(yù)磨機(jī)M2上海日用電機(jī)廠金相試樣拋光機(jī)P2江蘇太興曲霞電器廠萬能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)WDW3100長春科新試驗(yàn)儀器有限公司臺(tái)鉆Z4012南京摩托車廠電化學(xué)工作站CHI660D上海辰華儀器公司電熱鼓風(fēng)干燥箱1012上海市試驗(yàn)儀器總廠金相試樣鑲嵌機(jī)XQ2上海日用電機(jī)廠200毫米臺(tái)式砂輪機(jī)S3ST200南京新光砂輪機(jī)廠電偶腐蝕測試儀CST500武漢科斯特儀器有限公司金相顯微鏡XJL6A型江南光學(xué)儀器廠顯微硬度計(jì)HV1000上海萊試儀器設(shè)備有限公司掃描電子顯微鏡（SEM）JEOL5610日本NICOCET公司能譜儀（EDS）VANTAGEDSI美國NORAN公司X射線熒光光譜分析儀ADVANTXP瑞士理學(xué)公司鉬酸鈉AR上海膠體化工廠檸檬酸鈉AR上海久億化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉AR汕頭市西隴工廠有限公司鉻酐AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司十二烷基硫酸鈉C12H25SO4NACP廣州醫(yī)藥站化學(xué)試劑綜合公司草酸H2C2O4AR上海凌峰化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉NAOHAR上海凌峰化學(xué)試劑有限公司無水碳酸鈉AR上海虹光化工廠硅酸鈉AR上海試四赫維化工有限公司氯化鈉AR廣東省汕頭市西隴化工廠硝酸AR上?；瘜W(xué)試劑有限公司鹽酸AR南京峰展精細(xì)化工廠無水乙醇C2H5OHAR無錫亞盛化工有限公司鹽酸3638HCLAR上海中試化工總公司氯化鎳NICL26H2OAR上海中試化工總公司氯化高鐵FECL36H2OAR上海中試化工總公司32實(shí)驗(yàn)部分321冶金層的成分與含量控制以下的數(shù)據(jù)均是在大量前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的1各個(gè)電鍍階段的最佳電鍍參數(shù)為表3NIMO電鍍最佳電鍍參數(shù)TABLE3BESTPLATINGNIMOPLATINGPARAMETERS硫酸鎳MOL/L鉬酸鈉MOL/L檸檬酸鈉MOL/LPH（氨水調(diào)節(jié)）電流密度A/DM水浴溫度0200203810802530表4NIP層最佳電鍍參數(shù)TABLE4NIBESTPLATINGPLAYERPARAMETERS硫酸鎳G/L次亞磷酸鈉G/L氯化鎳G/L硼酸G/L添加劑AG/LPH（用濃鹽酸調(diào)節(jié)）電流密度A/DM水浴溫度20050503530201815270表5CR鍍液的預(yù)電解過程電鍍參數(shù)TABLE5CRPLATINGSOLUTIONPREELECTROLYSISPROCESSPLATINGPARAMETERS電流密度A/DM水浴溫度陰極陽極4555鎳片不銹鋼表6CR的實(shí)鍍過程電鍍參數(shù)TABLE6SOLIDPLATINGPROCESSOFCRELECTROPLATINGPARAMETERS鉻酐G/L濃硫酸G/L電流密度A/DM時(shí)間H水浴溫度陰極陽極250155026570不銹鋼不銹鋼2最佳電鍍處理工藝為第一步清洗試樣，預(yù)除油；第二步侵蝕和活化第三步除掛灰，將清洗完試樣放入除掛灰溶液中，5秒左右取出觀察是否除盡，若沒則重復(fù)上述步驟；第四步清水清洗試樣；第五步預(yù)鍍鎳（防止不銹鋼表面被氧化）第六步清水洗，電鍍鎳鉬第七步清水洗，預(yù)鍍鎳（同第五步），時(shí)間1530S；第八步清水洗，電鍍鎳磷第九步清水洗，預(yù)鍍鎳（同第五步），時(shí)間1530S；第十步清水洗，電鍍鉻（鉻的鍍液需提前預(yù)電解）第十一步清洗吹干，做好標(biāo)記，收好。圖8電鍍實(shí)驗(yàn)裝置示意圖FIG8ELECTROPLATINGEXPERIMENTALDEVICE（3）成分含量控制通過EDS面掃描分析，確定在上述電鍍工藝參數(shù)下NIMO層中MO的含量為4397WT,NIP層中P的含量為116WT，CR的含量100WT。在此基礎(chǔ)上，通過控制各層的電鍍時(shí)間可以控制總的冶金結(jié)合層的成分含量。322鍍層厚度控制在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上可確定在上述電鍍工藝下各層的電鍍速度，然后通過控制調(diào)整相應(yīng)的電鍍時(shí)間，可以獲得不同厚度的冶金中間層。表6中間層組成及電鍍時(shí)間TABLE6MIDDLELAYERCOMPOSITIONANDPLATINGTIME中間層組成電鍍NIMO層時(shí)間/MIN電鍍NIP層時(shí)間/MIN電鍍CR時(shí)間/MIN鍍層厚度NI72CR16MO4P86681325MNI68CR16MO8P816601325MNI60CR16MO16P832521325M323中間層結(jié)合強(qiáng)度的影響因素在大量前期實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)除化學(xué)組成外，冶金熱熔合工藝參數(shù)直接決定了冶金結(jié)合中間層的瞬間液相復(fù)合過程，對(duì)冶金結(jié)合強(qiáng)度有著相當(dāng)大的影響。在大量前期工作的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)NI68CR16MO8P8冶金結(jié)合層的雙金屬復(fù)合板的耐蝕性能是最好的，中間層耐蝕效率達(dá)到甚至超過了哈氏合金，故本課題組就冶金熱熔合溫度、熱熔合時(shí)間等因素對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了相關(guān)探究。3231冶金熱熔合時(shí)間對(duì)冶金層結(jié)合強(qiáng)度的影響圖8是在1000下不同熱熔合時(shí)間對(duì)復(fù)合板剪切強(qiáng)度的影響曲線，由圖可以看出在30分鐘之前剪切強(qiáng)度隨溫度的升高明顯增加，但30分鐘之后剪切強(qiáng)度隨溫度的升高反而下降，30分鐘時(shí)達(dá)到極大值，因此可以確定30分鐘為此釬焊溫度下NI68CR16MO8P8冶金層的最佳釬焊時(shí)間。圖9冶金熱熔合時(shí)間對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板剪切強(qiáng)度的影響FIG9BRAZINGTIMEAFFECTNI68CR16MO8P8METALLURGYLAYERCOMPOSITEPLATESHEARSTRENGTH為了研究瞬間液相復(fù)合時(shí)間對(duì)雙金屬復(fù)合板的冶金結(jié)合強(qiáng)度影響的原因，分別對(duì)1050時(shí)瞬間液相復(fù)合5MIN，15MIN,30MIN,60MIN,180MIN對(duì)復(fù)合后的雙金屬復(fù)合板進(jìn)行了金相顯微組織分析，SEM斷面形貌分析和EDS分析，分析結(jié)果如下。5MIN15MIN30MIN60MIN180MIN圖101050冶金熱熔合時(shí)間對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層被草酸弱電解侵蝕后的金相照片（100倍）FIG101050METALLURGYHEATFUSIONTIMEOFNI68CR16MO8P8METALLURGYLAYERBYOXALICACIDAFTERELECTROCHEMICALEROSIONOFMETALLOGRAPH100TIMES從金相圖片來看，在60分鐘之前，隨著熱熔合時(shí)間的延長，中間層與不銹鋼及碳鋼的界線越來越不明顯，中間層的黑色相有明顯減少的趨勢，通過EDS化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)中間的黑色相其實(shí)是中間脆性富P相被草酸弱電解侵蝕之后留下的空洞，因此可以認(rèn)為在60分鐘之前冶金層的結(jié)合強(qiáng)度是隨時(shí)間延長而增加的，這與剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)結(jié)果基本一致。但是觀察基材，發(fā)現(xiàn)不銹鋼側(cè)晶粒隨著時(shí)間的延長有明顯粗化長大的趨勢，從材料物理性能與晶粒尺寸之間的關(guān)系知晶粒長大強(qiáng)度下降，故冶金熱熔合時(shí)間過長對(duì)基材的強(qiáng)度有不利影響。而且對(duì)比不銹鋼與碳鋼被侵蝕的程度，可以發(fā)現(xiàn)不銹鋼的耐腐蝕能力有下降趨勢。5分鐘不銹鋼碳鋼30分鐘60分鐘180分鐘圖111050冶金熱熔合時(shí)間對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板的SEM斷面照片F(xiàn)IG111050FORNI68CR16MO8P8METALLURGYHEATFUSIONTIMEMETALLURGYLAYERCOMPOSITEBOARDSEMCROSSSECTIONPHOTOGRAPHSELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK00819142420361166/027CRK01419098414521396/053FEK02391099322992375/088NIK03683103435063807/139MOL0087814307071255/061ELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK0050714041310711/024CRK01510097516151473/052FEK02882099329222862/092NIK03124102631143206/130MOL01277136810391748/064ELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK003121450810453/019CRK01364092913491267/030FEK05640100556235669/109NIK01831105718271936/116MOL004921374390676/033圖121050下不同冶金熱熔合時(shí)間的NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板斷面的EDS分析結(jié)果FIG121050UNDERDIFFERENTMETALLURGICALNI68CR16MO8P8HEATFUSIONTIMEEDSANALYSISRESULTOFTHEMETALLURGYLAYERCOMPOSITEBOARDSECTION從圖11的SEM斷面形貌圖片可以看出30分鐘之后斷面二次裂紋明顯增加，有空洞出現(xiàn)，且空洞數(shù)量有隨時(shí)間增加趨勢，可以推知當(dāng)冶金熱熔合時(shí)間大于30分鐘時(shí)結(jié)合強(qiáng)度變差。結(jié)合圖12的EDS圖片，與5分鐘時(shí)斷面含量相比，60分鐘時(shí)中間層中的FE元素明顯增多而P明顯下降，NI與MO元素含量有些微下降趨勢，說明隨著熱熔合時(shí)間的增長中間層和母材之間的擴(kuò)散也逐漸加深，CR元素幾乎不變，說明沒有發(fā)生熱擴(kuò)散。綜合上述所有分析，可以確定冶金熱熔合的最佳時(shí)間為30分鐘。3232冶金熱熔合溫度對(duì)冶金中間層結(jié)合強(qiáng)度的影響5分鐘5分鐘分鐘30分鐘5分鐘60分鐘圖9為熱熔合30分鐘時(shí)熔合溫度對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板剪切強(qiáng)度的影響，由圖9可以看出冶金層的結(jié)合強(qiáng)度隨熱熔合溫度的升高而增大。圖13冶金熱熔合溫度對(duì)NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板剪切強(qiáng)度的影響FIG13BRAZINGTEMPERATUREAFFECTNI68CR16MO8P8METALLURGYLAYERCOMPOSITEPLATESHEARSTRENGTH為了研究冶金熱熔合溫度對(duì)雙金屬復(fù)合板的冶金結(jié)合強(qiáng)度影響的原因，分別對(duì)NI68CR16MO8P8中間層組分在1000、1050和1100進(jìn)行冶金熱熔合，保溫時(shí)間為30MIN，對(duì)復(fù)合后的雙金屬復(fù)合板進(jìn)行了金相顯微組織分析與SEM斷面分析，分析結(jié)果如下。100010501100圖14不同溫度下冶金熱熔合30分鐘NI68CR16MO8P8冶金層金相照片（100倍）FIG14DIFFERENTTEMPERATUREMETALLURGYHEATFUSION30MINUTESMETALLOGRAPHNI68CR16MO8P8METALLURGYLAYER100TIMES從金相照片比較可以看出，隨著冶金熱熔合溫度的升高，中間層與不銹鋼及碳鋼之間的界線越來越不明顯，中間層的黑色相有明顯減少的趨勢，因此可以認(rèn)為在60分鐘之前冶金層的結(jié)合強(qiáng)度是隨溫度升高而增加的，這與剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。但是觀察基材，發(fā)現(xiàn)不銹鋼側(cè)晶粒隨著時(shí)間的延長有明顯長大的趨勢，故冶金熱熔合溫度增長對(duì)基材的強(qiáng)度也有不利影響。而且對(duì)比不銹鋼與碳鋼被侵蝕的程度，可以發(fā)現(xiàn)不銹鋼的耐腐蝕能力也有下降趨勢。100010501100圖15不同溫度下冶金熱熔合30分鐘NI68CR16MO8P8冶金層的復(fù)合板SEM斷面照片F(xiàn)IGURE15METALLURGYHEATFUSIONUNDERDIFFERENTTEMPERATUREFOR30MINUTESNI68CR16MO8P8METALLURGYLAYERCOMPOSITEBOARDOFTHESEMPHOTOSOFAREAELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK0073813221834976/026CRK02007100222532012/056FEK01163100112131164/074NIK02973100829702995/126MOL02137133517302852/074ELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK0050714041310711/024CRK01510097516151473/052FEK02882099329222862/092NIK03124102631143206/130MOL01277136810391748/064ELEMENTKRATIOZAFATOMELEMENTWTERRCALCWT1SIGMAPK0041214161045583/022CRK01943095519821855/055FEK04374101244034428/103NIK01965104819492060/118MOL0078813636221074/055圖16不同冶金熱熔合溫度的NI68CR16MO8P8冶金層復(fù)合板斷面的EDS譜圖FIG16DIFFERENTMETALLURGICALHEATFUSIONTEMPERATURENI68CR16MO8P8METALLURGYLAYEREDSSPECTRAOFTHECOMPOSITEBOARDSECTION由圖14比較不同熱熔合溫度下的SEM斷面形貌圖片，可以看出1100時(shí)，斷面二次裂紋稍有增多，但整體與1050差別不大。由圖15EDS元素分析結(jié)果可知，隨溫度升高，中間層與母材之間的擴(kuò)散加深，但CR元素仍然不發(fā)生擴(kuò)散。綜合所有分析結(jié)果后，得出結(jié)論冶金結(jié)合層的最佳冶金熱熔合溫度105010001100為1050。4結(jié)論綜上所述，本課題組已經(jīng)確定了最佳電鍍參數(shù)，并且可以通過電鍍時(shí)間的調(diào)控獲得不同厚度不同化學(xué)成分的冶金結(jié)合中間層，在已經(jīng)確定好的25UM厚的NI68CR16MO8P8冶金層的基礎(chǔ)上研究了冶金熱熔合時(shí)間與溫度對(duì)其結(jié)合強(qiáng)度的影響。通過結(jié)合剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析、金相分析、SEM斷面分析、EDS斷面分析可以得出1、在1050時(shí)，冶金熱熔合30分鐘之前，冶金層的結(jié)合強(qiáng)度隨冶金熱熔合時(shí)間的延長而增加，30分鐘之后結(jié)合強(qiáng)度下降。2、在冶金熱熔合時(shí)間為30分鐘時(shí)，冶金層的結(jié)合強(qiáng)度隨冶金熱熔合溫度的升高而增加。3、確定最佳冶金熱熔合時(shí)間為30分鐘，溫度為1050但是由金相照片推斷在上述冶金熱熔合工藝下母材的強(qiáng)度有所下降，不銹鋼的耐蝕性也有所下降，因此有必要采取措施進(jìn)一步降低冶金熱熔合溫度與減少熔合時(shí)間，其次在研究的過程中，發(fā)現(xiàn)冶金中間層較脆因此需要提高其強(qiáng)度，最后復(fù)合板中間層的耐蝕性能還不能定量化檢測