长治高强度nm360耐磨板加工过程中浓度变化的原因

　　高强度nm360耐磨板以Ca(NO3)2和NH4H2PO4为主要电解盐，在电解液中加入Zn(NO3)2，成功制备了掺锌羟基磷灰石(HAP)涂层。通过控制添加Zn元素的含量，研究分析了Zn对羟基磷灰石涂层的结晶度、微观形貌、相组成和涂层与钛基体结合强度的影响。

　　冶金轧辊高强度nm360耐磨板表面埋弧表层是研究对象。用体视显微镜和扫描电镜观察表层裂纹和高强度耐磨板裂纹断裂。使用洛氏硬度计测量表层、过渡层和基材的硬度。用金相显微镜观察基体的表层、过渡层和金相组织。通过XRD测量保留在涂层中的奥氏体的量。采用发射光谱仪测定了高强度nm360耐磨板的涂层、过渡层和基材的化学成分。使用X 射线能谱仪确定裂缝表面微区的化学成分。用上述方法确定轧辊故障的性质和故障原因。通过改变电解液中主要盐类Ca(NO3)2和NH4H2PO4的浓度，研究了电解液浓度对电化学沉积磷酸钙盐涂层产品的影响。

　　结果表明，随着电解液浓度的逐渐增加，涂层产物的相逐渐由HAP转变为磷酸八钙(OCP)。同时，微观形貌观察到从规则六边形棒到纳米级的逐渐变化。形式的HAP 晶体形成微米级带状OCP 晶体的过程。

　　根据该轧辊零件的表面环境，采用热-结构耦合方法模拟轧辊焊缝及其邻近区域在涂层和冷却过程中的温度场，轴向、周向和径向热应力场分别为分析和比较不同焊缝热输入下熔覆层热应力场的变化。

　　论文主要调查结果如下：

　　(1)辊筒高强nm360耐磨板涂层表面及纵截面涂层观察到细小裂纹和微裂纹。在涂层和横截面的基材中没有观察到裂纹。短裂纹是结晶裂纹(长度为1-10 毫米)，主要在焊缝中心呈横向。晶间微裂纹是过热裂纹，位于凹槽附近的粗晶部分主要横向跨越晶界铁素体。

　　(2)镀层总P含量(0.025%)超过技术要求，枝晶表面P(0.05-0.06%)和S(0.05-0.12%)含量高是造成镀层裂纹的原因高强耐磨板表层结晶成分因素。镀层材料中Mo、V等碳化物形成元素含量较高，晶界弱化元素P(0.04%)和S(0.03%)是造成镀层过热开裂的因素。

　　(3)模拟轴向热应力峰值区位于轧辊焊缝中心，周向和径向热应力峰值区位于轧辊热影响区。轴向热应力(242MPa，1100)远高于周向热应力(171MPa，1100)和径向热应力(48MPa，1100)。轴向热应力较大，最大热应力区出现在辊缝焊缝中心，是造成表层横向开裂的力学因素。

　　(4) 模拟热应力随着焊缝宽度的减小而减小，即热应力随着焊缝热输入的减小而减小。减少焊接热输入可以防止表面焊接产生过度的热应力。

　　实验表明，随着电解液中Zn含量的增加，沉积的PAH晶体的结晶度逐渐降低，晶体的平均尺寸逐渐减小。当Zn含量达到25%摩尔(Zn/(Zn+Ca))时，不再通过沉积获得Zn-HAP晶体。同时，随着Zn含量的增加，镀层正六边形微形貌逐渐消失，镀层与钛基体的结合力逐渐增强。此外，本文还从热力学的角度探讨了高强度nm360耐磨板浓度变化引起这种转变的内在原因。

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