本文關(guān)鍵詞：基于稀土催滲316L不銹鋼機械研磨表面低溫滲鋁工藝的研究

  更多相關(guān)文章： 316L不銹鋼 機械研磨 稀土催滲 低溫滲鋁 滲層性能

【摘要】：316L不銹鋼在石油、化工、冶金及航空等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛,但在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下使用性能變差甚至導致嚴重后果。粉末包埋法滲鋁可提高其抗氧化和耐腐蝕性能,但傳統(tǒng)不銹鋼表面滲鋁存在著溫度高、時間長及能耗大的缺點。本文基于稀土催滲原理,對316L不銹鋼進行表面機械研磨活化處理(Surface Mechanical Activation Treatment-SMAT),形成細晶層及組織結(jié)構(gòu)缺陷,通過增加滲鋁過程中活性原子的擴散通道,實現(xiàn)了316L不銹鋼表面700℃的低溫滲鋁。采用L25(56)正交試驗法,得到基于稀土催滲的最佳滲劑組分,而后研究了機械研磨對最佳滲劑組分的影響,優(yōu)化滲劑組分,獲得了一種基于稀土催滲316L不銹鋼機械研磨表面低溫滲鋁最優(yōu)工藝方案。分析了316L不銹鋼低溫滲鋁層的組織形貌、相結(jié)構(gòu)與成分分布;進行了低溫滲鋁層的顯微硬度、抗氧化性和耐腐蝕性等性能測試,并對低溫滲鋁層成型及其對性能的影響機制進行了研究探討。得到如下結(jié)論:1、研究了316L不銹鋼機械研磨時間對試樣表面質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當研磨時間為4~6 h時,表面粗糙度變化均勻,晶粒尺寸在2μm左右,有的甚至達到納米級,當超過6 h后表面粗糙度增加明顯,8 h后表面質(zhì)量開始惡化。2、通過正交試驗,確定了影響滲鋁層質(zhì)量的因素按重要程度依次為:鋁粉含量、稀土含量、鋁鐵粉和氯化銨含量。研究了機械研磨對最優(yōu)滲劑組分的影響,獲得的最佳低溫滲鋁工藝參數(shù)為:機械研磨時間6~8 h,滲鋁劑組分(質(zhì)量百分數(shù))為:鋁粉含量20~25%,鐵鋁粉含量10%,稀土含量3~5%,氯化銨含量1~1.2%,316L不銹鋼經(jīng)700℃×4h爐冷滲鋁處理后,可以形成25~30μm的致密均勻、與基體結(jié)合緊密的滲鋁層。3、對滲鋁層進行相結(jié)構(gòu)及成分分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),滲層主要為Al-Fe合金相,表面鋁元素含量達44%wt,從表層到基體之間呈梯度變化,滲層中高的鋁含量對于表面形成氧化層、提高抗氧化性能具有重要意義。4、進行了316L不銹鋼表面不同滲鋁層的顯微硬度測試,結(jié)果表明,傳統(tǒng)滲鋁層硬度值為476 Hv,機械研磨結(jié)合稀土催滲的滲鋁層硬度高達724 Hv,且硬度梯度較為平緩,同時,成分及相結(jié)構(gòu)的梯度分布、機械研磨形成凹凸不平犬牙交錯的結(jié)合面等因素使得基體對滲層的支撐作用較強。5、高溫氧化實驗及電化學腐蝕實驗結(jié)果表明,與對比試樣相比(未處理、傳統(tǒng)滲鋁),機械研磨稀土催滲滲鋁試樣抗氧化性及耐腐蝕性能均有較大提高:在氧化20 h后增重只有2.000 mg/cm2,氧化性能是未處理試樣的10倍以上;腐蝕電流密度為1.5086mA/cm2,低于對比試樣(未處理試樣1.9286 mA/cm2,傳統(tǒng)滲鋁試樣1.8179 mA/cm2),說明其抗腐蝕性能大大增強。滲鋁層性能優(yōu)良的主要原因在于:組織致密、成分相結(jié)構(gòu)呈梯度變化、滲層與基體結(jié)合緊密、滲層中的鋁鐵合金相的抗氧化及耐腐蝕性優(yōu)良等。
【關(guān)鍵詞】：316L不銹鋼 機械研磨 稀土催滲 低溫滲鋁 滲層性能
【學位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.68;TG174.445
【目錄】：

• 中文摘要7-9
• 英文摘要9-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 不銹鋼表面滲鋁13-16
• 1.2.1 不銹鋼滲鋁技術(shù)的發(fā)展概況13-14
• 1.2.2 不銹鋼表面滲鋁方法14-15
• 1.2.3 滲鋁不銹鋼的性能15-16
• 1.3 表面晶粒細化技術(shù)簡介16-18
• 1.3.1 機械研磨技術(shù)16-17
• 1.3.2 超聲噴丸技術(shù)17
• 1.3.3 超音速微粒轟擊技術(shù)17-18
• 1.3.4 表面機械碾磨技術(shù)18
• 1.4 化學熱處理過程中的稀土催滲技術(shù)18-19
• 1.4.1 稀土催滲原理18-19
• 1.4.2 稀土對熱處理過程的影響19
• 1.5 本課題研究內(nèi)容、技術(shù)路線及課題來源19-22
• 1.5.1 研究內(nèi)容19-20
• 1.5.2 技術(shù)路線20-21
• 1.5.3 課題來源21-22
• 2 試驗材料、設(shè)備及分析方法22-26
• 2.1 試驗材料及試驗步驟22-23
• 2.1.1 試驗材料22
• 2.1.2 滲劑組成22
• 2.1.3 滲鋁工藝步驟22-23
• 2.2 試樣處理及試驗設(shè)備23-24
• 2.2.1 機械研磨試驗機23
• 2.2.2 滲罐23-24
• 2.3 分析和檢測設(shè)備24-25
• 2.3.1 顯微組織分析設(shè)備24
• 2.3.2 性能檢測設(shè)備24-25
• 2.4 試驗方法25-26
• 2.4.1 正交試驗的特點25
• 2.4.2 正交試驗表的設(shè)計25-26
• 3 機械研磨對 316L鋼表面組織形貌及性能的影響26-30
• 3.1 機械研磨表面晶粒細化機理研究26-27
• 3.2 機械研磨對表面粗糙度影響27-28
• 3.3 機械研磨對表面顯微組織形貌的影響28-29
• 3.4 機械研磨對鋼件熱處理過程的影響機理分析29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 4 基于稀土催滲 316L不銹鋼機械研磨表面低溫滲鋁劑研究及機理分析30-45
• 4.1 粉末包埋法低溫滲鋁劑組分的研究30-32
• 4.1.1 滲鋁劑的選擇30
• 4.1.2 填充劑的選擇30-31
• 4.1.3 催滲劑的選擇31
• 4.1.4 助滲劑的選擇31-32
• 4.2 基于稀土催滲低溫滲鋁劑正交實驗設(shè)計32-38
• 4.2.1 滲劑組分相對含量的確定32-33
• 4.2.2 滲鋁正交試驗因素水平的確定33
• 4.2.3 滲鋁正交試驗結(jié)果分析33-38
• 4.3 機械研磨對滲鋁劑最優(yōu)組分的影響38-43
• 4.3.1 機械研磨時間對低溫滲鋁層厚度的影響38-39
• 4.3.2 機械研磨對滲鋁劑中稀土含量的影響39-41
• 4.3.3 機械研磨對滲鋁劑中供鋁劑含量的影響41-42
• 4.3.4 機械研磨對滲鋁溫度和保溫時間的影響42-43
• 4.4 基于稀土催滲機械研磨低溫滲鋁機理模型的建立43-44
• 4.5 本章小結(jié)44-45
• 5 316L不銹鋼低溫滲鋁層組織形貌及其性能研究45-52
• 5.1 滲鋁層組織形貌45-46
• 5.2 滲鋁層相結(jié)構(gòu)及其成分分布46-47
• 5.3 滲鋁層硬度分析47-48
• 5.4 表面抗氧化性48-49
• 5.5 表面抗腐蝕性49-50
• 5.5.1 316L不銹鋼機械研磨低溫滲鋁層腐蝕性能分析49-50
• 5.5.2 316L不銹鋼機械研磨低溫滲鋁層和傳統(tǒng)滲鋁層腐蝕性能比較50
• 5.6 本章小結(jié)50-52
• 6 結(jié)論與展望52-54
• 6.1 結(jié)論52
• 6.2 展望52-54
• 參考文獻54-60
• 致謝60-61
• 研究生期間發(fā)表論文和專利61

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本文編號：1103613