本文關(guān)鍵詞：AM355不銹鋼機械能助滲鋁涂層的制備及組織性能研究

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【摘要】：AM355鋼最終時效處理溫度較低(一般在600℃以下),為了提高材料的抗氧化、耐磨耐蝕等性能而又能保持材料原有的優(yōu)異機械性能,同時提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗,本文采用機械能助滲鋁工藝在AM355鋼表面低溫快速制備了鋁化物涂層。通過掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、X-射線衍射儀(XRD)等分析手段,研究了不同滲鋁溫度和保溫時間、不同滾筒轉(zhuǎn)速和裝爐量對滲鋁涂層組織形貌、化學(xué)成分及含量、物相構(gòu)成的影響。并采用硬度計、高溫磨損試驗機、PARSTAT 2273電化學(xué)工作站等,研究了滲鋁涂層的顯微硬度、耐磨性能、抗中溫氧化和耐蝕性能。通過分析研究,得到以下結(jié)論:(1)不同滲鋁溫度制備的滲鋁涂層主要含有Fe2Al5、FeAl3和Al13Fe4等富鋁化合物相結(jié)構(gòu),不同保溫時間制備的滲鋁涂層主要由Fe2Al5和FeAl3相構(gòu)成。(2)不同滲鋁工藝制備的滲鋁涂層均為單層結(jié)構(gòu),且鋁含量都在60 at%以上。滲鋁涂層的厚度隨著滲鋁溫度的升高和保溫時間的延長而呈類拋物線增加,其中500℃×10 h時涂層厚度達21μm左右,550℃×1 h時涂層厚度約為20μm。機械能助滲鋁工藝滾筒內(nèi)需要留有足夠空隙,保證復(fù)合粉劑間及其與試樣的相對摩擦沖擊。其中550℃×5 h且滿裝爐時,滲鋁涂層厚度僅為11μm左右。(3)與未處理的基體材料AM355鋼相比,經(jīng)(500~600)℃×10 h和550℃×(0.5~5)h熱處理后的試樣強度在5%以內(nèi)變化,硬度也相差很小,即對基體材料的力學(xué)性能基本無明顯影響,采用這個滲鋁溫度段和保溫時間段具有生產(chǎn)價值;經(jīng)650℃×10 h處理后,材料的強度、硬度明顯降低,不適合作為AM355鋼低溫滲鋁熱處理工藝。(4)不同滲鋁工藝制備的滲鋁涂層表面顯微硬度基本都在900 HV0.1以上,且隨滲鋁溫度和滾筒轉(zhuǎn)速的升高先增加后減小,隨保溫時間的延長而逐漸增大。其中,600℃×10 h時涂層顯微硬度最大約為1104 HV0.1。當(dāng)滲鋁涂層達到一定厚度以后,可以提高材料的耐磨性能;其中550℃×5 h滲鋁試樣磨損體積和磨損深度最小,磨損體積約為表面光滑的基體材料的1/5。(5)不同滲鋁溫度和轉(zhuǎn)速制備的滲鋁試樣在400℃氧化800 h后,其氧化動力學(xué)曲線呈拋物線規(guī)律,其平均氧化速率遠低于0.1 g·m-2·h-1水平;氧化800 h后,滲鋁涂層表面形貌沒有明顯變化,且沒有氧化皮脫落的現(xiàn)象,在中溫條件下屬于完全抗氧化等級。(6)滲鋁處理后試樣在3.5%NaCl溶液中的腐蝕速率較低,具有較好的耐蝕性能。其中,不同滲鋁溫度和保溫時間處理后的試樣中,滲鋁工藝為650℃×10 h和550℃×0.5 h時,涂層耐蝕效果較好。采用機械能助滲鋁工藝有利于提高滲鋁涂層的耐蝕性能,其中經(jīng)5 r/min和裝爐量為55%的滲鋁試樣的耐蝕性較好。(7)機械能助滲鋁工藝能夠加速滲鋁涂層的形成,并有細化涂層和促進涂層晶粒緊密生長的效果。機械轉(zhuǎn)動增加了復(fù)合粉劑顆粒間及其與試樣的相互摩擦沖擊,促進了活性原子的生成及傳遞;活化了試樣表面,增強了對活性原子的吸附能力;促進了活性原子在試樣表面富集,增加了活性原子與試樣的接觸幾率。
【關(guān)鍵詞】：AM355鋼 機械能助滲 滲鋁涂層 耐磨性 抗氧化性 耐蝕性
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 鐵鋁化合物涂層9-12
• 1.2.1 涂層的組織結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 涂層的性能及運用11-12
• 1.3 滲鋁技術(shù)的發(fā)展12-14
• 1.3.1 普通滲鋁工藝12-13
• 1.3.2 低溫滲鋁技術(shù)13-14
• 1.4 機械能助滲的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4.1 機械能助滲過程14-15
• 1.4.2 機械能助滲技術(shù)的發(fā)展15-17
• 1.5 選題意義及研究內(nèi)容17-18
• 第2章 實驗內(nèi)容及方法18-26
• 2.1 試驗材料及設(shè)備18-20
• 2.1.1 試驗材料18
• 2.1.2 試驗設(shè)備的設(shè)計18-20
• 2.2 涂層的制備20-22
• 2.2.1 滲劑成分的優(yōu)化選擇20
• 2.2.2 試驗工藝路線20-21
• 2.2.3 不同滲鋁溫度制備滲鋁涂層21
• 2.2.4 不同保溫時間制備滲鋁涂層21-22
• 2.2.5 不同轉(zhuǎn)速和裝爐量制備滲鋁涂層22
• 2.3 滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)觀察22-23
• 2.3.1 顯微組織及元素成分分析22
• 2.3.2 物相結(jié)構(gòu)分析22-23
• 2.4 滲鋁涂層性能測試23-26
• 2.4.1 滲鋁涂層力學(xué)性能測試23-24
• 2.4.2 滲鋁涂層抗中溫氧化性能測試24-25
• 2.4.3 滲鋁涂層電化學(xué)性能分析25-26
• 第3章 不同溫度和時間制備滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)及性能研究26-52
• 3.1 不同溫度對滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)的影響26-32
• 3.1.1 表面形貌分析26-28
• 3.1.2 物相結(jié)構(gòu)分析28-29
• 3.1.3 截面形貌及元素成分分析29-32
• 3.2 不同保溫時間對滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)的影響32-38
• 3.2.1 表面形貌分析32-34
• 3.2.2 物相分析34-36
• 3.2.3 截面形貌及元素成分分析36-38
• 3.3 不同滲鋁溫度和保溫時間對基體材料力學(xué)性能的影響38-41
• 3.3.1 不同滲鋁溫度對基體材料力學(xué)性能的影響39-40
• 3.3.2 不同保溫時間對基體材料力學(xué)性能的影響40-41
• 3.4 不同溫度和時間對滲鋁涂層力學(xué)性能的影響41-45
• 3.4.1 顯微硬度分析41-43
• 3.4.2 耐磨性能測試43-45
• 3.5 不同滲鋁溫度對滲鋁涂層抗中溫氧化性能的影響45-48
• 3.6 不同滲鋁溫度和時間對滲鋁涂層耐蝕性能的影響48-50
• 3.7 本章小結(jié)50-52
• 第4章 不同轉(zhuǎn)速和裝爐量制備滲鋁層組織結(jié)構(gòu)及性能的研究52-67
• 4.1 不同轉(zhuǎn)速對滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)的影響52-56
• 4.1.1 表面形貌分析52-54
• 4.1.2 截面形貌及元素成分分析54-56
• 4.2 不同裝爐量對滲鋁涂層組織結(jié)構(gòu)的影響56-59
• 4.2.1 表面形貌分析56-57
• 4.2.2 截面形貌及元素成分分析57-59
• 4.3 不同轉(zhuǎn)速對滲鋁涂層力學(xué)性能的影響59-61
• 4.3.1 顯微硬度分析59-60
• 4.3.2 耐磨性能測試60-61
• 4.4 不同轉(zhuǎn)速對滲鋁涂層抗中溫氧化性能的影響61-63
• 4.5 不同轉(zhuǎn)速和裝爐量對滲鋁涂層耐蝕性能的影響63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 機械能助滲快速制備鋁化物涂層機理分析67-75
• 5.1 機械助滲鋁工藝宏觀效果67-69
• 5.2 機械能助滲鋁涂層快速形成機理69-74
• 5.2.1 對復(fù)合粉劑的活化作用69-71
• 5.2.2 對試樣表面活化作用71-72
• 5.2.3 活性鋁原子的傳遞72
• 5.2.4 機械能助滲鋁涂層形成過程72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 第6章 結(jié)論75-77
• 參考文獻77-81
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明81-82
• 致謝82-83

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