油管内壁镍基防腐涂层的激光熔覆工艺研究
摘要
输油管道具有运输方向的无限制和运输成本较低的特点成为输送原油的主要方式，
多数采用的是低碳钢，与其他钢材相比，容易与原油产生腐蚀反应，导致内壁腐蚀的发
生。目前，涂层防腐是主要防腐措施，激光熔覆技术是制备内壁防腐涂层的一种新工艺。
因此，本文利用激光熔覆技术制备内壁防腐涂层，通过成形工艺优化和制备复合涂层进
一步提高涂层的显微硬度和耐腐蚀性。论文取得了以下主要成果：
建立温度场模型优化成形工艺参数，结合实验验证模型的准确性。利用ABAQUS
建立激光熔覆Inconel625温度场模型，通过单道单层温度场模型研究涂层和基材界面
处温度随时间变化规律，优化激光熔覆Inconel625涂层的成形工艺参数，结果显示，激
光功率为1600W~2000W、扫描速度为600mm/min~800mm/min时，涂层和基材可以产
生良好结合。根据上述结果制定实验方案，制备单道单层Inconel625涂层，涂层均成形
良好，无明显缺陷，与仿真结果一致。进一步分析熔池的截面形貌以及熔池几何参数与
工艺参数的关系，结果表明，激光功率为2000W、扫描速度为600mm/min、送粉速度为
0.082g/s、稀释率为6.1%的涂层成形质量最佳，没有气孔和裂纹等缺陷。对比了熔池顶
部温度、熔池形态在实验和模拟上的结果，误差较小，模型准确性较高。
研究不同含量和不同粒径的BC对Inconel625涂层显微组织的影响。首先优化
4
BC/Inconel625涂层成形工艺，通过提高线能量（激光功率与扫描速度的比值）降低了
4
复合涂层的裂纹率，线能量高于350J/mm时，不同含量和不同粒径的BC/Inconel625涂
4
层均未产生表面裂纹。采用激光功率为3000W，扫描速度为350mm/min，送粉速度为
0.057g/s的工艺参数制备BC/Inconel625涂层，随后进行微观组织分析，结果表明，
4
Inconel625涂层主要由奥氏体γ-Ni相组成，在中部和底部存在大量的柱状晶，少量等轴
晶存在于顶部；在添加BC后，涂层和基材界面处存在平面晶，形成良好的冶金结合，
4
产生了Ni-Cr-Fe、Fe-Cr、(Fe-Ni)和NiB化合物；BC含量为5wt.%~10wt.%、粒径为
4
10μm~60μm时，等轴晶的数量明显增加，粗大的柱状晶也得到细化，削弱了涂层的织构
强度，有效改善了Inconel625涂层的微观组织。
进一步研究BC对Inconel625涂层显微硬度和耐腐蚀性的影响。对于复合涂层的
4
显微硬度，Inconel625涂层的硬度高于基材，BC/Inconel625涂层的硬度相较于Inconel
4
625涂层均有不同程度的提高，BC含量为15wt.%、粒径为10μm时，涂层的平均硬度
4
相较于Inconel625涂层提升最高；对于复合涂层耐腐蚀性，BC含量为5wt.%时，涂层
4
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
22
具有最低的腐蚀电流密度8.956E-7A/cm和最大的极化电阻48833.2Ω/cm，BC粒径为