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腐蚀是海上装备及设施面临的主要问题。在海洋环境中，通常有全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀及磨损腐蚀等多种腐蚀形式，甚至与不同的海域有关。海水对金属材料的腐蚀是多种机制联合作用的结果，但是，从本质上看，是化学原电池效应。由于海水盐度高，受海水冲刷或暴露在潮湿的大气中，金属基体都会受到不同程度的氯离子的侵蚀，使金属结构的力学性能降低，使用寿命缩短，带来潜在的安全隐患［１。

因此，提高耐蚀性的根本途径是阻隔化学原电池效应。传统的金属表面防腐措施之一是采用电镀技术，利用致密的铬层及其表面钝化膜阻隔海水与金属的直接接触。但是，铬的热膨胀系数与金属基体热膨胀系数存在一定的差异，某些热工部件在高温高压循环载荷作用下，表面铬层会产生微裂纹，为海水侵蚀基体提供了通道，从而破坏了铬层的阻隔作用。

近年来，为了加强环境保护，防止６价铬离子的危害，传统的电镀技术逐渐被其他表面技术所取代。激光熔覆技术利用高能激光束在金属基体表面形成熔池，将送粉装置输送到熔池的金属粉末或事先预置于基体上的涂层熔化，然后快速凝固与基体形成冶金结合，具有涂层致密，可熔覆材料种类广泛，热变形和热影响区小效率高等优点［４］。已经在许多领域成为替代传统电镀技术的首选。

ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ－２７６合金是一种“万能”抗腐蚀合金，具有较好的高温强度、韧性及优异的抗腐蚀性能，在航空航天、石油化工和核工业等领域得到了广泛应用［５］。作为一种Ｎｉ－Ｃｒ

－Ｍｏ系镍基合金，它不仅具有优异的耐盐酸腐蚀性能［６］，也是少有的对氯离子具有良好抗蚀能力的合金，并且其抗蚀性对ＮａＣｌ等盐浓度的增加并不敏感［７］。因此，ＨａｔｅｓｌｌｏｙＣ－２７６合金很适合作为海洋防腐涂层材料。然而目前国内外学者对于ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ－２７６合金的研究主要以焊接方面为主［８－１０］，在制备涂层方面，采用超音速火焰喷涂工艺在３１６Ｌ不锈

钢表面制备了ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ－２７６涂层，并对涂层的显微结构、显微硬度及耐磨性进行了研究，发现喷涂过程中产生的氧化物与气孔影响了涂层的硬度与耐磨性，喷涂技术的主要缺点是涂层与基体的结合力有时很难达到冶金结合。分别用半导体激光器和超音速火焰喷涂设备在４５钢表面制备了Ｎｉ６０合金涂层，研究发现，激光熔覆层比火焰喷涂层的结合力要强；由于激光熔覆层Ｃ化物与Ｃｒ化物的析出，使其硬度与耐磨性要高于火焰喷涂层。

本文针对某热工部件既要具有较好的耐蚀性，又要有一定的韧性的要求，采用激光熔覆技术直接在炮钢表面制备ＨａｔｅｓｌｌｏｙＣ－２７６熔覆层，研究了其显微组织、显微硬度及耐蚀性，开展激光熔覆技术替代电镀技术在某热工部件表面形成耐蚀涂层的可行性研究。

１实验

基体材料为ＰＣｒＮｉ３ＭｏＶＰ钢，其化学成分如表１所示。基材形状为空心正八棱柱，正八边形边长３３ｍｍ，高度２００ｍｍ，壁厚１９～２３ｍｍ，如图１所示。在进行激光熔覆前，用砂纸打磨，去除表面氧化膜及杂质，再用无水乙醇清洗，清除表面油污。

熔覆材料为ＨａｔｅｓｌｌｏｙＣ－２７６合金粉末，粒度为１００～２５０目，化学成分如表２所示，合金粉末存放于真空干燥箱内，使用前进行烘干除湿。

实验采用同轴送粉式激光熔覆实验设备，包括最大输出功率为４０００Ｗ的ＩＰＧ光纤激光器、熔覆头、机器人和送粉器，使用氩气作为保护气。通过多次试验，确定多道激光熔覆优化工艺参数为光斑直径３．５ｍｍ，激光功率２０００Ｗ，扫描速度１０ｍｍ／ｓ。

采用常规金相制样方法制备可进行熔覆层分析的试样。用４％ＨＮＯ３酒精溶液进行浅腐蚀，测量从熔覆层至基体内部的硬度变化曲线，测量方法：从距熔覆层表面１００μｍ处开始，沿垂直基体方向每隔１００μｍ测量一个点，每个点在同一水平深度测量３次，求得算术平均值作为该点的硬度值，载荷１５０ｇ，保压时间１０ｓ，硬度计型号为ＭＨ－７。对试样作抛光处理，用王水进行二次腐蚀（深腐蚀），用于进行扫描电镜显微组织观察，电镜型号为ＺＥＩＳＳＥＶＯ－１８。用ＣＨＩ６００Ｅ电化学工作站在室温下测试熔覆层的耐蚀性，用硅橡胶密封试样，电化学测试溶液为３．５ｗｔ％的ＮａＣｌ溶液，阳极为测试试样，阴极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，开路电位测试时间为４００ｓ，动电位极化测试时间为４０ｓ。

平面状结晶体［１４－１５］。图３（ａ）为利用优化参数制备的多道熔覆层的表面形貌，熔覆层表面平整，无明显

气孔、裂纹等缺陷，具有金属光泽，厚度约为

１．２ｍｍ，表明熔覆质量良好。图３（ｂ）为多道熔覆层的截面形貌，其内部组织致密，未发现孔洞、裂纹等缺陷，说明对于ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ－２７６合金，可以利用激光熔覆技术在炮钢表面制备出质量良好的涂层。图３（ｂ）中很明显地呈现出浅灰色的致密层、亮色的蜂窝状层和深暗色的不平整层三种形态，其分别对应的区域是熔覆层、热影响区和基体，这是由于在侵蚀熔覆层观察金相组织时，使用的王水侵蚀液腐蚀性太强，导致热影响区和基体遭受严重腐蚀。

图４是ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ－２７６合金激光熔覆层的显

微组织，组织均匀细化，由于激光熔覆过程中，熔覆层底部、中部和顶部的温度场分布不同，受热流因素影响，使各部分的组织形成差异。图４（ａ）是接近熔覆层底部的显微组织，主要由柱状枝晶组成，枝晶组织的生长方向与固液界面法向呈一定角度生长，这是由于受熔池扰动，结晶各项异性等因素的影响［１６］。随着距交界面的距离增加，界面处的温度梯度与结晶速率的比值减小，交界面失稳，熔体对流作用减弱导致晶粒的生长方向发生改变，柱状晶沿着熔体最易散热的方向生长明显。同时熔池底部前沿区域受过冷区影响，冷却速率很快，因此熔体迅速凝固形成直径较小的细晶组织。图４（ｂ）为熔覆层中部显微组织，枝晶和等轴晶无规则分布，随着固液界面继续向前推移，温度梯度继续减小，结晶速率继续增大，大量晶粒自由生长，在熔覆层中部形成了自由分布的枝晶和等轴晶组织［１１，１７］。

２．２显微硬度

图５是从熔覆层到基体不同区域的显微组织，图６是ＨａｔｅｓｌｌｏｙＣ－２７６激光熔覆层的显微硬度分布测试结果。０～１２００μｍ为熔覆层，如图５（ａ）所示，平均显微硬度在２８０ＨＶ左右；１２００～１４００μｍ为合金化区，由图５（ｂ）可以看出在此区域出现相互扩散现象，硬度值有下降趋势，最低达到２３０ＨＶ，这可能是由于基体对熔覆层的稀释造成的，如图７ＥＤＳ分析显示，相较于熔覆层这一区域Ｎｉ元素增加；１４００～２０００μｍ为热影响区，此区域硬度值发生突变，最高达到５３０ＨＶ，由图５（ｃ）分析可知，这是由于基体发生相变硬化所致；２０００～２５００μｍ，硬度又突然下降，最后趋于平稳，说明到达基体，如图５（ｄ）所示，基体平均硬度在３５０ＨＶ左右。根据上述分析可以简单判定，ＨａｔｅｓｌｌｏｙＣ－２７６熔覆层与基体结合形成良好过渡，熔覆层硬度与基体相近，韧性较好，材料匹配性高，有利于部分补足身管强度，使身管内膛剩余寿命得以发挥。