高強(qiáng)度nm360耐磨板以Ca(NO3)2和NH4H2PO4為主要電解鹽，在電解液中加入Zn(NO3)2，成功制備了摻鋅羥基磷灰石(HAP)涂層。通過控制添加Zn元素的含量，研究分析了Zn對羥基磷灰石涂層的結(jié)晶度、微觀形貌、相組成和涂層與鈦基體結(jié)合強(qiáng)度的影響。

　　冶金軋輥高強(qiáng)度nm360耐磨板表面埋弧表層是研究對象。用體視顯微鏡和掃描電鏡觀察表層裂紋和高強(qiáng)度耐磨板裂紋斷裂。使用洛氏硬度計(jì)測量表層、過渡層和基材的硬度。用金相顯微鏡觀察基體的表層、過渡層和金相組織。通過XRD測量保留在涂層中的奧氏體的量。采用發(fā)射光譜儀測定了高強(qiáng)度nm360耐磨板的涂層、過渡層和基材的化學(xué)成分。使用X 射線能譜儀確定裂縫表面微區(qū)的化學(xué)成分。用上述方法確定軋輥故障的性質(zhì)和故障原因。通過改變電解液中主要鹽類Ca(NO3)2和NH4H2PO4的濃度，研究了電解液濃度對電化學(xué)沉積磷酸鈣鹽涂層產(chǎn)品的影響。

　　結(jié)果表明，隨著電解液濃度的逐漸增加，涂層產(chǎn)物的相逐漸由HAP轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岚蒜}(OCP)。同時，微觀形貌觀察到從規(guī)則六邊形棒到納米級的逐漸變化。形式的HAP 晶體形成微米級帶狀OCP 晶體的過程。

　　根據(jù)該軋輥零件的表面環(huán)境，采用熱-結(jié)構(gòu)耦合方法模擬軋輥焊縫及其鄰近區(qū)域在涂層和冷卻過程中的溫度場，軸向、周向和徑向熱應(yīng)力場分別為分析和比較不同焊縫熱輸入下熔覆層熱應(yīng)力場的變化。

　　論文主要調(diào)查結(jié)果如下：

　　(1)輥筒高強(qiáng)nm360耐磨板涂層表面及縱截面涂層觀察到細(xì)小裂紋和微裂紋。在涂層和橫截面的基材中沒有觀察到裂紋。短裂紋是結(jié)晶裂紋(長度為1-10 毫米)，主要在焊縫中心呈橫向。晶間微裂紋是過熱裂紋，位于凹槽附近的粗晶部分主要橫向跨越晶界鐵素體。

　　(2)鍍層總P含量(0.025%)超過技術(shù)要求，枝晶表面P(0.05-0.06%)和S(0.05-0.12%)含量高是造成鍍層裂紋的原因高強(qiáng)耐磨板表層結(jié)晶成分因素。鍍層材料中Mo、V等碳化物形成元素含量較高，晶界弱化元素P(0.04%)和S(0.03%)是造成鍍層過熱開裂的因素。

　　(3)模擬軸向熱應(yīng)力峰值區(qū)位于軋輥焊縫中心，周向和徑向熱應(yīng)力峰值區(qū)位于軋輥熱影響區(qū)。軸向熱應(yīng)力(242MPa，1100)遠(yuǎn)高于周向熱應(yīng)力(171MPa，1100)和徑向熱應(yīng)力(48MPa，1100)。軸向熱應(yīng)力較大，最大熱應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在輥縫焊縫中心，是造成表層橫向開裂的力學(xué)因素。

　　(4) 模擬熱應(yīng)力隨著焊縫寬度的減小而減小，即熱應(yīng)力隨著焊縫熱輸入的減小而減小。減少焊接熱輸入可以防止表面焊接產(chǎn)生過度的熱應(yīng)力。

　　實(shí)驗(yàn)表明，隨著電解液中Zn含量的增加，沉積的PAH晶體的結(jié)晶度逐漸降低，晶體的平均尺寸逐漸減小。當(dāng)Zn含量達(dá)到25%摩爾(Zn/(Zn+Ca))時，不再通過沉積獲得Zn-HAP晶體。同時，隨著Zn含量的增加，鍍層正六邊形微形貌逐漸消失，鍍層與鈦基體的結(jié)合力逐漸增強(qiáng)。此外，本文還從熱力學(xué)的角度探討了高強(qiáng)度nm360耐磨板濃度變化引起這種轉(zhuǎn)變的內(nèi)在原因。

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