奥氏体不锈钢因具有良好的强度、韧性和耐腐蚀性，在核电站中广泛应用，但存在耐磨性和硬度较低的问题。为避免磨损、擦伤、磨损和腐蚀，通常需要通过堆焊层来提高硬度和耐磨性。传统上使用的钴基合金虽在高温耐磨和腐蚀方面表现很好，但在核电站特殊工作条件下会发生同位素转变，产生放射性Co60。近年来，Ni-Cr-B-Si合金因剂量率低于钴基合金且耐磨性好，成为替代钴基合金的热门选择。这些合金传统上通过热喷涂和熔覆技术沉积，也使用激光沉积和各种复合技术来生产致密的堆焊层，但仍存在一些问题。

使用上述方法制备的Ni-Cr-B-Si堆焊层存在不可避免的缺陷，如空隙、夹杂物和裂纹等。基体的熔化会导致沉积物被稀释，严重影响堆焊层的性能，粗晶粒也对机械性能产生负面影响。此外，虽然有各种重熔方法用于获得堆焊层和基体之间的冶金结合，但重熔是二次成型过程，会增加稀释和粗晶粒，同时增加成本且不适用于所有部件。而异质金属扩散接头的界面因成分和性能差异会发生过早失效，使得界面成为最薄弱区域。

针对上述问题，由兰州理工大学组成的研究团队利用泽攸科技原位SEM测量系统进行了深入研究，他们的研究旨在探讨热等静压（HIP）扩散连接的 Ni60A-0Cr18Ni10Ti 异质接头的力学性能、微观结构和连接机制。相关成果以"Mechanical properties and joining mechanism of hot isostatic pressing (HIP) diffusion bonded Ni60A-0Cr18Ni10Ti heterogeneous joint"发表在《Materials Characterization》上，全文链接：https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113748

这篇论文的主要研究内容集中在通过热等静压（HIP）扩散连接技术来制造Ni60A（Ni-Cr-B-Si）硬面层，并将其与0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢基材结合，以形成异种接头。研究的核心目标是提高硬面层的硬度和耐磨性，同时确保与基材的良好冶金结合，以及降低稀释率和晶粒粗化，从而提高硬面层的性能。

图 显示热等静压扩散连接接头断裂表面和轮廓的扫描电子显微镜显微照片。(a - d) Ni60A 堆焊层的断裂表面。(e - j) Ni60A - 0Cr18Ni10Ti 的断裂表面和轮廓。(k - n) 0Cr18Ni10Ti 的断裂表面

研究首先制备了Ni60A硬面层，并对其显微硬度和结合强度进行了评估。通过HIP扩散连接技术，研究人员能够在Ni60A硬面层和0Cr18Ni10Ti基材之间实现优异的冶金结合，这种结合具有低稀释率，有利于制备更薄且性能更高的硬面层，同时节约成本。接着研究深入探讨了硬面层和接头的微观结构，包括不同区域的相组成和分布，如Ni60A硬面层、过渡区、变形区和0Cr18Ni10Ti基材。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）等分析手段，研究人员揭示了硬面层中的CrB、Cr7C3、Ni3B、Ni3Si和γ-Ni相，以及过渡区和变形区中的纳米孪晶（NTs）和Cr2B硼化物。

图 气体雾化 Ni60A 粉末的扫描电子显微镜图像和扫描电子显微镜 - 能谱仪（SEM - EDS）映射。(a) 背散射电子（BSE）图像；(b) 二次电子（SE）图像；(c) B、Si、Fe、C、Cr 和 Ni 的元素映射

此外研究还探讨了HIP扩散连接过程中的连接机制，包括元素的互扩散、固溶体层的形成、以及由于扩散诱导再结晶（DIR）导致的过渡区形成。研究人员提出了一个两阶段的HIP扩散连接机制，包括初始的表面塑性变形和随后的扩散控制机制。研究分析了接头的断裂机制，发现断裂发生在Ni60A硬面层一侧，大约距离界面70微米处，这一区域Cr7C3沉淀物的大量存在导致了硬度的显著增加。这一发现对于理解接头的失效模式和优化硬面层的设计具有重要意义。综上这篇论文提供了关于Ni60A-0Cr18Ni10Ti异种接头的机械性能、微观结构和连接机制的全面分析，为核电站等高辐射环境下应用的硬面材料的开发提供了科学依据。

图 Ni60A 堆焊层界面的显微硬度和微观结构

下图为本研究成果中用到的泽攸科技原位SEM拉伸台产品：

以上就是泽攸科技小编分享的原位SEM在Ni-Cr-B-Si合金替代研究中的应用。更多扫描电镜产品及价格请咨询15756003283(微信同号)。