Fe-Al金屬間化合物(Fe3Al和FeAl)具有優(yōu)良的耐氧化、耐腐蝕性能,利用激光熔覆在鋼基體表面制備Fe-A1金屬間化合物熔覆層可以提高鋼的抗氧化和耐腐蝕性能。本文在Q235鋼基表面利用激光熔覆金屬粉末原位合成了Fe-Al熔覆層,同時利用等離子噴涂+激光重熔制備了Fe-Al熔覆層。通過對熔覆層的顯微組織、物相結(jié)構(gòu)、顯微硬度、耐蝕性能和抗氧化性能進行分析,研究了造渣劑、微量合金元素(Cr、Ni、Si)以激光重熔噴涂層對熔覆層組織和性能的影響規(guī)律。預(yù)置粉末中鐵鋁含量以及造渣劑的比例對Fe-Al熔覆層的組織和性能影響較大。添加適量的造渣劑不僅促進熔覆層組織更致密、提高熔覆層成形質(zhì)量,還可以顯著細化熔覆層晶粒。添加造渣劑時熔覆層由明暗度不同的細小的等軸晶粒組成；不加造渣劑時,熔覆層由粗大的柱狀晶粒組成。熔覆層物相均是B2結(jié)構(gòu)的FeAl相和D03結(jié)構(gòu)的Fe3Al,但是,添加造渣劑的熔覆層中出現(xiàn)了D03結(jié)構(gòu)的Fe3Al的超點陣衍射峰,即造渣劑可以促進D03結(jié)構(gòu)的Fe3Al的形成。TEM結(jié)果表明,兩相的位相關(guān)系為Fe3Al(220)//FeAl(101)。當熔覆粉末中鋁含量相同時,添加造渣劑可以顯著提高熔覆層的顯微硬度。與低碳鋼相比,Fe-Al熔覆層有著優(yōu)良的耐氧化和耐蝕性能,并且,添加造渣劑的熔覆層比不加造渣劑的熔覆層的耐氧化和耐蝕性能更好。在進行多層熔覆過程中,多層Fe-Al熔覆層組織無分層現(xiàn)象,由粗大的柱狀晶組成。Fe-Al熔覆層內(nèi)部有少量裂紋,主要物相為B2結(jié)構(gòu)的FeAl相和D03結(jié)構(gòu)的Fe3Al。熔覆粉末中添加少量Cr和Ni元素可以顯著提高多層Fe-Al熔覆層的塑韌性,減少熔覆層中的裂紋,而Si元素會導(dǎo)致熔覆層生成脆性相Fe3Al0.7Si0.3,造成熔覆層裂紋增多。Fe-Al-Cr和Fe-Al-Ni熔覆層組織致密,無裂紋,主要物相都是FeAl相Fe3Al相；Fe-Al-Si熔覆層內(nèi)部有大量裂紋,物相為FeAl相、Fe3Al相和Fe3Al0.7Si0.3相。與低碳鋼相比,熔覆層有著較高的顯微硬度。Fe-Al-Si熔覆層的顯微硬度最高,其次是Fe-Al-Ni、Fe-Al, Fe-Al-Cr熔覆層的顯微硬度最低。與低碳鋼相比,熔覆層有著良好的耐蝕性。Fe-Al-Cr熔覆層的耐蝕性最好,其次是Fe-Al-Ni;由于Fe-Al-Si熔覆層中裂紋太多,其耐蝕性最差。利用等離子噴涂+激光重熔工藝可以制備出表面平整且與基體良好冶金結(jié)合的Fe-Al熔覆層。兩種工藝相結(jié)合不僅可以提高熔覆層的表面平整度,還可以促進熔覆層中B2結(jié)構(gòu)的FeAl向D03結(jié)構(gòu)的Fe3Al的轉(zhuǎn)變。當噴涂粉末中Fe:Al=1:1時,熔覆層內(nèi)部組織致密,無裂紋熔覆層顯微硬度約為360HV,此時,熔覆層的耐蝕性最好。采用X射線衍射儀和透射電鏡對熔覆層組織成分進行分析,結(jié)果顯示,熔覆層主要由FeAl和Fe3Al組成。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG174.44
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 Fe-Al金屬間化合物的結(jié)構(gòu)和性能
        1.2.1 Fe-Al金屬間化合物的成分和結(jié)構(gòu)
        1.2.2 Fe-Al金屬間化合物的性能
        1.2.3 Fe-Al合金的韌化方法
    1.3 Fe-Al金屬間化合物涂層制備的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 熱噴涂
        1.3.2 堆焊
        1.3.3 激光熔覆
    1.4 激光熔覆技術(shù)概述
        1.4.1 激光熔覆技術(shù)的特點
        1.4.2 激光熔覆材料及送粉方式
        1.4.3 激光熔覆的工藝參數(shù)
        1.4.4 激光熔覆層的缺陷及控制
    1.5 選題意義及主要研究內(nèi)容
        1.5.1 選題意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 試驗材料及方法
    2.1 試驗材料
        2.1.1 基體材料
        2.1.2 熔覆材料
    2.2 試驗方法
        2.2.1 熔覆層制備方法及設(shè)備
        2.2.2 組織與性能測試方法及設(shè)備
第3章 激光熔覆原位合成Fe-Al合金熔覆層
    3.1 試驗材料與方法
    3.2 熔覆層宏觀質(zhì)量
    3.3 熔覆層顯微觀組織
    3.4 熔覆層的成分分析
    3.5 熔覆層TEM分析
    3.6 熔覆層顯微硬度分析
    3.7 熔覆層抗氧化性分析
    3.8 熔覆層耐蝕性分析
    3.9 熔覆層中的裂紋分析
    3.10 本章小結(jié)
第4章 激光熔覆制備多層Fe-Al合金熔覆層
    4.1 試驗材料與方法
    4.2 多層熔覆層宏觀形貌
    4.3 多層熔覆層的相結(jié)構(gòu)分析
    4.4 多層熔覆層的顯微組織和成分分析
    4.5 多層熔覆層顯微硬度分析
    4.6 多層熔覆層的耐蝕性分析
    4.7 本章小結(jié)
第5章 等離子噴涂+激光重熔制備Fe-Al合金熔覆層
    5.1 試驗材料與方法
    5.2 等離子噴涂+激光重熔層宏觀質(zhì)量
    5.3 等離子噴涂+激光重熔層顯微組織和成分分析
    5.4 等離子噴涂+激光重熔層相結(jié)構(gòu)分析
    5.5 等離子噴涂+激光重熔層TEM分析
    5.6 等離子噴涂+激光重熔層顯微硬度分析
    5.7 等離子噴涂+激光重熔層耐蝕性分析
    5.8 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
第7章 參考文獻
第8章 致謝
第9章攻讀碩士期間發(fā)表的論文
附錄
附件

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