合金化Fe/Ni-Si金属间化合物渗层制备及应用研究
发布时间：2021-12-02 14:23
Fe/Ni-Si金属间化合物具有较高强硬度、高温抗氧化、抗蚀和耐磨等优良的综合性能,为解决该类材料依照常规方法制备的缺陷和脆性大的困难,从拓宽金属间化合物材料的广泛应用出发,考虑作为膜层材料使用时可对基材起到一定的防护作用,提出通过熔盐非电解法在软基钢/镍材表面进行高硬度金属间化合物膜层制备,一方面充分利用基材内部合金元素实现合金化,制备合金化膜层;另一方面尝试在基材表面以电镀的方式引入外部合金源,通过调整电镀层种类和配合顺序来获得性能较优的合金化层,通过考察合金化Fe3Si层在H2SO4、NaCl和NaOH三种介质中的腐蚀行为,全面揭示其钝化膜的半导体性能;对比研究不同合金化Fe/Ni-Si渗层对2Cr13等钢材和镍材表面抗蚀、耐磨性能的影响。得出的主要研究结果包括:（1）在2Cr13和304不锈钢表面制备的渗层是由Cr合金化的Fe3Si及Cr、Ni合金化的Fe3Si金属间化合物层和其下比较疏松多孔的扩散层两部分构成。其中304表面的Cr、Ni合金化Fe3
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二元相图（a）Fe-Si系[20]；（b）Ni-Si系[32]
论文4合物内部原子排列和成键特征，改善其本征脆性；另一方面，合金元素的添加能抑制环境对化合物的诱导脆断，即改善环境脆性。林均品[35]在不同配比的Fe-Si-Al-Ti中掺入不同含量的Ni元素，探讨了Ni含量对Fe3Si合金组织的影响，结果都不同程度地析出了含镍富硅的第二相，而且Ni元素的添加促进合金静态和动态再结晶，得出Ni合金化对改善金属间化合物的轧制工艺以及本征脆性都有益。另外元素Cr的加入可促使A2与DO3相在Fe-Si二元体系中共存，有文献报道900℃时在Fe-Si-Cr三元体系中出现范围较为宽泛的无序固溶体区[36]，如图1.2（a）所示，其中A2是一种韧性较好的延性无序固溶体相；DO3有序超结构相是一种脆性相，其强抗氧化、硬度高、耐蚀和耐磨性能优异，是高性能结构材料的必须相。KeisukeYamamoto研究结果表明，在873K下加入Cr的Fe-Si-Cr三元相图中出现了两相共存区（A2+DO3）[20]，这对于Fe3Si本征脆性改善十分有利，有望应用于开发两相共存的复相材料。图1.2三元相图（a）Fe-Si-Cr；（b）Ni-Si-CrFig.1.2Theternaryphasediagramof(a)Fe-Si-Crsystem;(b)Ni-Si-Crsystem另外Ni3Si也是一种潜在的功能结构性材料[37]，但脆性大的弊端同样制约了它的广泛应用[38]，实验证明合金化和第二相的生成也可有效改善其室温脆性[39,40]。研究结果表明，Cr元素的添加不仅能提高Ni3Si的力学、耐蚀和抗氧化性能[41]，而且能促使无序固溶体的出现，如图1.2（b）所示，在850℃时Fe-Si-Cr三元体系中也出现了无序固溶区域[32]，这对材料的抗蠕变性能有积极的影响。牛牧野[42]在Ni3Si合金中添加了Cr和B元素，以此考察对合金塑性的改善效果，研究表明，5wt%Cr的添加明显提高了合金的显微硬度、强度和耐磨性能。综上所述，合金元素的添加对金属间化合物脆性的改善和
ā?1.2Fe/Ni-Si金属间化合物防护层的制备技术研究情况1.2.1化学气相沉积法化学气相沉积（CVD），是利用气态物质在受热基体表面发生化学反应生成固态沉积物形成涂层（或薄膜）的技术[52]。该技术制备的涂层与基体之间结合力强，而且可以制备多种的复合沉积层，因此这项技术一直处在广泛研究和应用之中。另外，CVD用于材料的制备不仅可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料，而且具有设备简单，操作简便，工艺重现性好[53]等特点，因此可用于材料表面涂层制备以提高材料表面的综合性能，其技术反应模型如图1.3所示。图1.3CVD反应模型Fig.1.3Chemicalvapordepositionreactionmodel
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nb-Si基超高温合金研究进展[J]. 韩国明,李飞,孙宝德. 特种铸造及有色合金. 2018(10)
[2]Ni对Fe3Si软磁体磁性能影响的微观组织结构和电子结构研究[J]. 马瑞,任蕾,黄晋,李克用,谢泉. 原子与分子物理学报. 2018(03)
[3]铬含量和烧结工艺对Fe3Si基合金涂层组织结构的影响[J]. 杨佳霖,彭成章,刘骞,王建华. 材料保护. 2018(06)
[4]Cr对Ni3Si合金摩擦学性能的影响[J]. 牛牧野,张兴华,赵海成,夏宇,刘佳杰. 材料研究学报. 2018(05)
[5]Al元素对Ni基合金摩擦学性能的研究[J]. 杨素兰,王文珍,马勤,贾均红. 摩擦学学报. 2017(05)
[6]渗氮温度对Inconel 718合金磨损和腐蚀性能的影响[J]. 李小波,罗德福,韩瑞鹏,祝伟. 金属热处理. 2017(02)
[7]镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能[J]. 陈舒恬,甘斌,王珏,皮锦红. 材料科学与工艺. 2016(04)
[8]Cu改性Ti5Si3金属间化合物的制备与力学性能[J]. 方双全,刘澄,黄新,严凯. 金属热处理. 2015(11)
[9]Si含量对Mo-Si系金属间化合物组织结构与性能的影响[J]. 商海昆,黄永安,侯亚鹏,张来启,林均品. 金属热处理. 2015(08)
[10]Nb-Si基超高温合金制备技术及抗氧化硅化物渗层[J]. 郭喜平. 中国材料进展. 2015(02)
博士论文
[1]低碳钢表面含硼层的制备及相关电化学研究[D]. 蒋继波.上海大学 2013
[2]铁基合金耐腐蚀性能的理论探讨[D]. 于帅芹.中国海洋大学 2008
[3]Mo-Si系金属硅化物组织与机械性能的研究[D]. 杨海波.上海交通大学 2005
[4]三阴极离子渗镀技术及其在纯钛及钛合金上形成金属碳化物的研究[D]. 容幸福.太原理工大学 2003
硕士论文
[1]铁硅合金薄膜的制备及高频磁性能研究[D]. 黄武林.电子科技大学 2016
[2]钢材表面中性熔盐浸渗制备Fe3Si合金层研究[D]. 黄薇.西安建筑科技大学 2015
[3]Fe3Si基IMC制备及其在几种不同溶液中的腐蚀性能研究[D]. 窦萍.兰州理工大学 2011
[4]不锈钢表面Fe3Si型金属硅化物渗层的制备与表征[D]. 李鹏.兰州理工大学 2011
[5]稀土掺杂钒酸盐、硼酸盐荧光粉的熔盐法制备及发光性能研究[D]. 刘蓉.中国地质大学 2010
[6]304不锈钢表面Fe3Si型金属硅化物渗层的制备与表征[D]. 尤少君.兰州理工大学 2010
[7]涂层裂纹失效过程的数值模拟[D]. 覃森.西南交通大学 2007
本文编号：3528620
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二元相图（a）Fe-Si系[20]；（b）Ni-Si系[32]
论文4合物内部原子排列和成键特征，改善其本征脆性；另一方面，合金元素的添加能抑制环境对化合物的诱导脆断，即改善环境脆性。林均品[35]在不同配比的Fe-Si-Al-Ti中掺入不同含量的Ni元素，探讨了Ni含量对Fe3Si合金组织的影响，结果都不同程度地析出了含镍富硅的第二相，而且Ni元素的添加促进合金静态和动态再结晶，得出Ni合金化对改善金属间化合物的轧制工艺以及本征脆性都有益。另外元素Cr的加入可促使A2与DO3相在Fe-Si二元体系中共存，有文献报道900℃时在Fe-Si-Cr三元体系中出现范围较为宽泛的无序固溶体区[36]，如图1.2（a）所示，其中A2是一种韧性较好的延性无序固溶体相；DO3有序超结构相是一种脆性相，其强抗氧化、硬度高、耐蚀和耐磨性能优异，是高性能结构材料的必须相。KeisukeYamamoto研究结果表明，在873K下加入Cr的Fe-Si-Cr三元相图中出现了两相共存区（A2+DO3）[20]，这对于Fe3Si本征脆性改善十分有利，有望应用于开发两相共存的复相材料。图1.2三元相图（a）Fe-Si-Cr；（b）Ni-Si-CrFig.1.2Theternaryphasediagramof(a)Fe-Si-Crsystem;(b)Ni-Si-Crsystem另外Ni3Si也是一种潜在的功能结构性材料[37]，但脆性大的弊端同样制约了它的广泛应用[38]，实验证明合金化和第二相的生成也可有效改善其室温脆性[39,40]。研究结果表明，Cr元素的添加不仅能提高Ni3Si的力学、耐蚀和抗氧化性能[41]，而且能促使无序固溶体的出现，如图1.2（b）所示，在850℃时Fe-Si-Cr三元体系中也出现了无序固溶区域[32]，这对材料的抗蠕变性能有积极的影响。牛牧野[42]在Ni3Si合金中添加了Cr和B元素，以此考察对合金塑性的改善效果，研究表明，5wt%Cr的添加明显提高了合金的显微硬度、强度和耐磨性能。综上所述，合金元素的添加对金属间化合物脆性的改善和
ā?1.2Fe/Ni-Si金属间化合物防护层的制备技术研究情况1.2.1化学气相沉积法化学气相沉积（CVD），是利用气态物质在受热基体表面发生化学反应生成固态沉积物形成涂层（或薄膜）的技术[52]。该技术制备的涂层与基体之间结合力强，而且可以制备多种的复合沉积层，因此这项技术一直处在广泛研究和应用之中。另外，CVD用于材料的制备不仅可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料，而且具有设备简单，操作简便，工艺重现性好[53]等特点，因此可用于材料表面涂层制备以提高材料表面的综合性能，其技术反应模型如图1.3所示。图1.3CVD反应模型Fig.1.3Chemicalvapordepositionreactionmodel
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nb-Si基超高温合金研究进展[J]. 韩国明,李飞,孙宝德. 特种铸造及有色合金. 2018(10)
[2]Ni对Fe3Si软磁体磁性能影响的微观组织结构和电子结构研究[J]. 马瑞,任蕾,黄晋,李克用,谢泉. 原子与分子物理学报. 2018(03)
[3]铬含量和烧结工艺对Fe3Si基合金涂层组织结构的影响[J]. 杨佳霖,彭成章,刘骞,王建华. 材料保护. 2018(06)
[4]Cr对Ni3Si合金摩擦学性能的影响[J]. 牛牧野,张兴华,赵海成,夏宇,刘佳杰. 材料研究学报. 2018(05)
[5]Al元素对Ni基合金摩擦学性能的研究[J]. 杨素兰,王文珍,马勤,贾均红. 摩擦学学报. 2017(05)
[6]渗氮温度对Inconel 718合金磨损和腐蚀性能的影响[J]. 李小波,罗德福,韩瑞鹏,祝伟. 金属热处理. 2017(02)
[7]镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能[J]. 陈舒恬,甘斌,王珏,皮锦红. 材料科学与工艺. 2016(04)
[8]Cu改性Ti5Si3金属间化合物的制备与力学性能[J]. 方双全,刘澄,黄新,严凯. 金属热处理. 2015(11)
[9]Si含量对Mo-Si系金属间化合物组织结构与性能的影响[J]. 商海昆,黄永安,侯亚鹏,张来启,林均品. 金属热处理. 2015(08)
[10]Nb-Si基超高温合金制备技术及抗氧化硅化物渗层[J]. 郭喜平. 中国材料进展. 2015(02)
博士论文
[1]低碳钢表面含硼层的制备及相关电化学研究[D]. 蒋继波.上海大学 2013
[2]铁基合金耐腐蚀性能的理论探讨[D]. 于帅芹.中国海洋大学 2008
[3]Mo-Si系金属硅化物组织与机械性能的研究[D]. 杨海波.上海交通大学 2005
[4]三阴极离子渗镀技术及其在纯钛及钛合金上形成金属碳化物的研究[D]. 容幸福.太原理工大学 2003
硕士论文
[1]铁硅合金薄膜的制备及高频磁性能研究[D]. 黄武林.电子科技大学 2016
[2]钢材表面中性熔盐浸渗制备Fe3Si合金层研究[D]. 黄薇.西安建筑科技大学 2015
[3]Fe3Si基IMC制备及其在几种不同溶液中的腐蚀性能研究[D]. 窦萍.兰州理工大学 2011
[4]不锈钢表面Fe3Si型金属硅化物渗层的制备与表征[D]. 李鹏.兰州理工大学 2011
[5]稀土掺杂钒酸盐、硼酸盐荧光粉的熔盐法制备及发光性能研究[D]. 刘蓉.中国地质大学 2010
[6]304不锈钢表面Fe3Si型金属硅化物渗层的制备与表征[D]. 尤少君.兰州理工大学 2010
[7]涂层裂纹失效过程的数值模拟[D]. 覃森.西南交通大学 2007
本文编号：3528620
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