摘要
蒸汽发生器是压水堆核电站不可或缺的一部分，一、二回路中的传热则由蒸汽发生器中的传热管完成。自压水堆核电站问世至今，传热管管材由奥氏体304不锈钢，Inconel600合金，Incoloy800的演变，最终确定为具有良好高温耐蚀性的Inconel690TT合金作为第三代传热管材料。但是，Inconel690TT合金的耐磨性不完全满足压水堆核电站的服役要求。因此，本论文围绕上述问题，以探索提升Inconel690TT性能的新工艺为目的，将超声表面滚压和等离子渗氮技术运用于Inconel690TT合金表面，探究单一处理和复合表面改性处理前后材料耐磨性能的变化，得到了如下结果： (1)根据对超声表面滚压工艺中的静压力，电流，进给速率及压下量对Inconel690TT合金表面形貌和硬度的结果，判断出静压力、电流和进给速率最佳参数为0.5MPa、0.5A和1500mm/min，而压下量0.2mm样品表面平整，0.4mm和0.6mm样品表面产生裂纹，因此决定以压下量为主要研究变量，对合金组织、力学性能和耐磨性展开研究。随着压下量的增加，压下量为0.2mm时平整效果最佳。压下量达到0.4mm和0.6mm时合金表面出现裂纹，表明超声滚压处理的压下量达到一定程度后，合金表面裂纹开始产生。未处理样品的表面硬度，延伸率和抗拉强度为195.1HV0.05，100.53%和424.68MPa，而压下量为0.2mm，0.4mm和0.6mm样品的表面硬度分别为337HV0.05、363.75HV0.05和382.4HV0.05，延伸率则分别为47.53%，30.3%和27.68%，而抗拉强度则分别为558.57MPa,704.17MPa和814.58MPa。严重塑性变形层的纳米晶粒分别由超细纳米孪晶，纳米孪晶，层状纳米晶粒和等轴状纳米晶粒组成。压下量的耐磨性测试结果表明，相较未处理样品的体积磨损量和体积磨损率，压下量0.2mm样品减少至76.14%，压下量为0.4mm和0.6mm样品则增加至250%和344.44%。磨损机理皆为氧化磨损，疲劳磨损和磨料磨损。因此，最佳压下量为0.2mm样品。 (2)等离子渗氮处理的最佳渗氮温度和渗氮时间，则根据不同的渗氮处理温度和时间的样品表面硬度加以确定，选择400℃+8h为最佳渗氮温度和时间。其中等离子渗氮和复合表面渗氮样品的渗氮层厚度分别为4.4μm和5.2μm。相比较Inconel690TT未处理样品的体积磨损量和体积磨损率，等离子渗氮样品和复合表面处理样品分别只有未处理样品的1.75%和0.72%，常规磨损条件下等离子渗氮处理能有效增加合金的表面耐磨性。且未处理样品、等离子渗氮和复合表面处理样品的磨损机理皆为氧化磨损，磨料磨损和疲劳磨损。 (3)超声表面滚压、等离子渗氮和复合表面处理工艺对Inconel690TT合金表面微动磨损行为的结果表明，未处理样品的表面硬度为195.1HV0.05，超声表面滚压、等离子渗氮和复合表面处理样品的表面硬度分别为337HV0.05，498.5HV0.05和588.6HV0.05，表面硬度不同程度提高。相较未处理样品的XRD曲线，等离子渗氮和复合表面处理的样品XRD衍射峰表明产生新的物相-γN。微动磨损测试后，相较未处理样品的体积磨损量和体积磨损率，超声表面滚压样品、等离子渗氮样品和复合表面处理样品的体积磨损量和体积磨损率则分别减少至73%，70%和84%。表明复合表面处理对Inconel690TT合金的微动磨损行为改善效果最好，其次是等离子渗氮处理和超声表面滚压处理。微动磨损测试条件下，未处理、超声表面滚压、等离子渗氮和复合表面处理样品的磨损机理分别为氧化磨损，疲劳磨损和黏着磨损。
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