表面改性Cr-Mo钢使用新水射流空化技术

文摘

基于碳钢低合金钢结合几个百分比或更少(在许多情况下1%)合金元素,并提供改进的阻力比碳钢腐蚀代价有些高。然而,这些材料并不表现出相同的耐腐蚀不锈钢。小说作者之前已经开发出了多功能空泡(MFC)技术,结合超声空化水射流空化。据报道,MFC处理Cr-Mo钢(JIS-SCM435)改善了耐腐蚀生锈,孔隙和裂缝中不形成任何重要程度上试样内部。在这项研究中,作者研究了改善耐腐蚀生锈的原因MFC处理Cr-Mo钢(JIS-SCM435)表面电位测量和溶解氧测量。

关键字

多功能空化水射流空化,Cr-Mo钢,表面改革,表面电位测量

介绍

低合金钢可以通过合金化改善耐蚀性碳钢与各种元素几个质量%的浓度或更少(甚至小于1质量%的元素组合使用时)。这些材料是比碳钢略贵,但显著提高抗特定类型的腐蚀。然而,目前,改善金属的疲劳特性和耐腐蚀造成传统的表面改性技术并不总是令人满意,因为这种材料的操作环境通常会随着时间的推移变得越来越苛刻。

水射流空化等表面改性技术(WJC)应用于改善合金的应力腐蚀开裂和疲劳强度钢(1]。采用WJC转换拉伸残余应力应用于焊接区和表面磨削面压缩残余应力,并提供优秀的疲劳强度(2和耐应力腐蚀开裂3]。然而,使用这种方法很难提高耐蚀性。此外,作者报道,孔隙和裂缝往往形成内部标本在应对高压缩残余应力值增加带来的压力应用于样品表面(4]。

作者之前已经开发出了一种新颖的技术结合超声空化(加州大学)和WJC,称为多功能空化(MFC) [5]。这种方法的优点是利用相同的高温、高压微型喷气发动机通常受雇于WJC和加州大学。在过去,作者报道,氧化钛粉,广泛用作光催化材料,可以组装到纳米级时处理MFC (6]。此外,据报道,MFC-processed Cr-Mo钢(JIS-SCM435)有所改善腐蚀耐锈,孔隙和裂缝不形成任何重要程度在试样内部7]。在目前的研究中,作者调查的原因改善耐腐蚀生锈的MFC加工Cr-Mo钢(JISSCM435)表面电位测量和溶解氧测量。

实验方法

这项工作雇佣Cr-Mo钢,结构所示机器钢的化学成分表1。

表1。Cr-Mo钢的化学成分用于这项工作。

圆杆(杆)标本被加热在860°C作为解决方案治疗,其次是淬火。回火是在600°C。燃料棒随后被切成矩形标本100×100×3毫米的尺寸。

图1显示了一个图的设备用于MFC处理。本设备是类似于一个传统WJC仪器,在飞机的室温自来水出院35 MPa的喷嘴。喷嘴直径是0.8毫米,喷嘴和样品之间的距离是65毫米,和反应器尺寸60×45×37厘米。反应堆的水的深度是27厘米,和喷嘴安装从反应器底部大约16.5厘米。WJ喷嘴的管道图1处理在一个封闭的状态。这个管道是一个插入端口,粉(8),化学物质提出了金属或陶瓷粉进行处理。MFC治疗期间,一个超声换能器定位正交水射流喷嘴和超声波(加州大学)的水射流。在目前的研究中,声波降解法进行了225 W和28千赫。MFC所需的处理时间是2和10分钟,分别,而只需要2分钟的加州大学和WJC。

在目前的工作,进行了显微组织观察使用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM;日立s - 4800)。在准备观察,标本在5卷%硝酸浸蚀液腐蚀剂腐蚀的解决方案。所有后处理特征之前,标本切成1×1厘米测试样品。表面测量的潜力,开尔文探针力显微镜(KFM)进行使用multi-compatible微型探针显微镜(AFM5200S,日立高科技科学有限公司)。测量面积是100μm×100μm,和获得的价值减去三行平均线分析。水的溶解氧(做)值的空化发生在一个SUS310S反应堆使用便携式分析仪获得了30分钟(OM - 71、Horiba有限公司)。

结果与讨论

图22分钟后提供照片的样品表面处理使用不同的技术。

这些样本存储在环境空气(室内,夏天,房间温度:约22 - 25°C)处理后两个月。在每种情况下,试样表面被镜面抛光处理之前完成。锈表面处理上可以看到加州大学和WJC,但不是在MFC样本。加州大学生成低和高收入压力地区小泡沫(几个μm大小)运用强大的超声波在液体中。泡沫在高温反应生成领域重复等温膨胀和绝热压缩。然而,在加州大学(9)(与WJC和MFC处理),泡沫非常小和崩溃的压力很低,这样的压力应用于样品表面和发出的冲击波是一种软弱。因此,几乎没有压缩残余应力应用于试样表面。

因为加州大学泡沫的温度很高,泡沫的大小很小,表面温度的增加并不预期。相比之下,空泡崩溃的材料表面发生在压力大于几个1000 MPa WJC产生影响。此外,由于一些热能量转移到材料表面,一个被动的层。Soyama等人也已报道的形成一个被动层的碳钢的耐腐蚀的机理是提高空化射流(应用程序后10]。在MFC的情况下,产生的泡沫WJC(比加州大学泡沫)与超声波辐照,因此具有高温(几个1000°C)和高压(大约1000 MPa)。随着这些泡沫与地面相撞,形成一个更稳定的被动层比WJC获得。

图3显示了OM的图像的标本在治疗后的收到基州和加州大学,WJC和MFC 2分钟。

珠光体和铁素体每个标本中观察到,尽管晶粒尺寸没有改变每个处理后极大地在深度方向上。然而,锈MFC-processed标本被发现,这是不寻常的。生锈是不存在的铁素体和珠光体区域仅限于部分从表面深度约1毫米。这锈的形成是由于选择性氧化在试样内部的结果形成一个被动层MFC处理后试样表面。具体来说,Cr是选择性氧化。在MFC中,表面温度增加和Cr表面形成氧化膜。这贫铬试样内部,这样大量的铁锈生成在标本端附近的表面处理。

试样表面的腐蚀抗性是评估通过测量其表面电位,并总结了结果表2。

表2。标本的表面势各种治疗后2分钟。

的表面势标本表面处理使用加州大学是低于其他处理试样表面也低于原始材料。这个表面的功函数相应的潜在减少随着表面粗糙度的增加。在加州,热力学稳定的泡沫减少重复等温膨胀和绝热压缩后,导致崩溃。泡沫内部温度高,但泡沫尺寸很小,所以转移到样品表面的热量是最小的。作为一个结果,因为每个泡沫的破裂压力也小,表面没有明显的修改由于加热和压力。相比之下,试样表面处理的表面电位WJC或MFC增加高于应用基的金属。WJC期间,空化气泡的崩溃带来高压表面等缺陷由于轻微的表面温度增加和减少机械的行动。这可能提高试样表面的耐腐蚀性能。

MFC-processed标本的情况下,表现出最高的耐蚀性,很可能泡沫内的热点大大增加样品表面温度空化泡崩溃时,这样一个被动层形成和提高了耐蚀性。

图4显示的是MFC后试样表面的SEM图像处理2分钟,去除表面氧化层和喷砂后的痕迹。铁氧体颗粒的形状没有改变,但片状珠光体结构弯和弯折的乐队成立,生产冷轧织构的结构非常相似。

图5礼物MFC后试样表面的SEM图像处理10分钟。类似的微观结构,2分钟后获得的是显而易见的。

然而,当珠光体的内部放大,可以看出,层状结构的内部部分融化。此外,狭窄和宽空间内的层状结构。目前还不清楚如果珠光体结构融化然后re-solidified片状间距改变,尽管众所周知,MFC加热试样表面。这些现象没有观察到的情况下使用WJC金属加工。

选择性氧化的原因在标本在MFC处理期间调查监测水温度、和图6总结了结果。

虽然加州大学没有提高水温,WJC和MFC确实提高反应堆的温度。这发生的由高压泵增压的水,水的动能转换为热能。从泡沫能量的观点,它认为WJC和MFC生成泡沫崩溃的能量比加州大学处理,这也是导致水温的增加。获得稍高的温度在MFC WJC处理相比,由于超声能量的应用,反映了泡沫生成的MFC中的热点。图7情节中的溶解氧(做)反应堆为每个处理方法随着时间的推移。

加州大学期间做的浓度几乎不变,而减少在WJC和MFC处理。

WJC处理,压力应用于样品表面增加由于冲击波产生的微射流。泡沫的一部分变形或泡沫再次成为大在很短的时间跨度,所以水温和加工表面的温度增加。因此,相信做与铬结合形成氧化物处理过的试样表面,这样溶解氧减少。

在MFC,泡沫(有很高的内部温度和压力)增加样品表面温度在更大程度上比WJC处理期间由于气泡内的热点现象。因此,浓度降低到更大程度是作为一个被动层生成。

如上所述,在MFC技术,泡沫在高温特征与试样表面碰撞的结果由WJC与超声波辐射大泡沫。该方法有效地提高了试样表面的耐腐蚀性能。

结论

试样表面的耐蚀性得到提高通过选择性氧化的氧化膜的形成以及减少表面缺陷。这被认为是氧化膜是由溶氧的反应在金属表面上的水与Cr MFC治疗。

确认

这项工作是支持的创新科技计划的安全计划收购,技术和后勤机构(ATLA)的日本。

引用

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