α-Al 2 O 3 /Al-Cr合金涂层的低温制备及相关机理研究
发布时间：2021-11-16 01:01
α-Al2O3具有热力学稳定、机械强度高、耐磨、耐高温、抗氧化腐蚀等优良性能,因而被广泛用作金属防腐蚀膜、刀具保护涂层等。在热核聚变计划（ITER）中,α-Al2O3膜因具有优异的阻氚能力,被优先选择为阻氚涂层。然而,传统的方法中,α-Al2O3的制备温度高达1000℃,这不但需要消耗大量的能量,更重要的是会降低基体材料的力学性能。因此低温制备α-Al2O3膜成为一个亟需解决的课题。此外,如何使α-Al2O3膜具有自修复性能,也是一个重要的工程问题。本文用离子液体电沉积法制备Al/Cr复合镀层及薄膜,采用XRD、SEM、 EDS、DTA、XPS、FIB、TEM等手段,研究了Al/Cr复合薄膜的互扩散及其Al-Cr合金的相组成、Al-Cr合金涂层与不锈钢基体的互扩散、不锈钢上Al-Cr涂层的低温热氧化,讨论了α-Al2O3膜的形成机理,得出以下结论：对成分为16.0 at.%Cr （Al11Cr2）的Al/Cr复合薄膜的研究结果表明：在低于Al熔点温度下5 min热处理,540℃时Al层和Cr层之间已形成固溶层,640℃时Al反应完全,但Cr有残留；在高于Al熔点的690℃温度下5 mi...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ａ－Ａｌ２〇３的晶体结构示意图??Ｆｉｇ．１．１?ｃｒｙｓｔａｌｓ们ｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?（Ｘ－ＡＩ２Ｏ３??
而在高Ｃｒ端则为ＡｌｓＣｒｓ和ＡｌＣｂ等合金相ｗｙ。随后，Ａｌ－Ｃｒ二元合金体??系不断地被研究，合金相图化逐渐得到更正１４６－５８１?Ｍｕｒｒａｙｔｓｅｉ在详细评佑前人工??作的基础上，更新了?Ａｌ－Ｃｒ相图，并被收录为标准相图使用，如图１．２所示。但仍存??在许多争议。??其中，ＡｌｎＣ：ｒ２晶体结构的争议非常大。Ｍａｓｓａｌｓｋｉ等（１９９０严３认为Ａｌｌ位２含??打的原子百分比约在１５．２￣１７．０化％左右，溶点９４０化，室温下存在。Ｎｅｔｏ等??（１９９２严咕重新研究Ａｌ－Ｃｒ相图时，认为ＡｌｎＣｎ不存在。Ｍａｈｄｏ地等（２０００）［ｍ］??结合热处理实验和自由能的计算，认为ＡｌｉｉＣｎ仅存在于Ｗ５？７８５?％温度区间范??围内，在７８５?°Ｃ?Ｗ下Ａｈ位２会共析分解成ＡｂＣｒ和ＡＬＡ，据此提出了修正的??ＡｋＣｒ相图，如图１．３。曹宝宝等也ｉ人为ＡｌｉｉＣｒ２是高温稳定相，在低温下会发??生共析分解，反应方程为ＡｌｉｉＣｈ一ＡＵｓＣｒＴ＋ＡＬｉＣｒｔｗ’ｓｑ。??ＡＩ９化和Ａｌｓ化中的打原子百分含量分别在３０￣３６化％和％？４２?＾％ｃＥｌｌｎｅｒ??等（１９８９严娜究表明在１１００化Ｗ上ＡｌｇＣｒ４和ＡｌｇＣｒｓ是两个不同的相。而Ｍａｈｄｏｕｋ??等（２０００卢研究结果表明
１．５丄２离子液体的分类??离子液体按阳离子的不同，主要可Ｗ分为四类烧基化唆类、焼基咪嗤??类、季礎盐类、季锭盐类（图１．５）。??Ｒ??Ｉ??筒‘?＼０／職??（ａ）烧基化馆类?（ｂ）焼基咪嗤类??Ｔ?ｆ??Ｒ??（ｃ）季锭盐类?（ｄ）季满盐类??困１．５不同种类的离子液体阳离子??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ??离子液体按其阴离子分类Ｐｑ：??（１）阴离子中含金属元素或齿化金属元素，常见的有ＡＩＣＩ３、ＭｎＣｌ２、ＺｎＣｌ２??等。这类离子液体对空气和水敏感，不能稳定在空气中務定存在。??（如Ｗ?ＢＦ４—、ＢＦ６‘为阴离子，这类离子液体对空气和水较稳定，是最近发??展起来的离子液体。??（３）?ＷＣＦ３Ｓ０３－、（ＣＦ３Ｓ０２）?２Ｎ－为阴离子，稳定性较好。按照其性质，离??子液体可大致分为两类：（１）对水、氧敏感的离子液体，如Ａ１Ｃ１ＨＢＰＣ、??Ａ１Ｃ１３－ＥＭＩＣ、Ａ１Ｃ１３—氯化?１－甲基－３－Ｔ基咪嗤（Ａ１Ｃ１３－ＢＭＩＣ）等；（２）对水、氧??不敏感的离子液体，如ＥＭＩＢＦ４、ＥＭＩＢＦｅ、氯化胆碱（ＣｈＣｌ）、；！－甲基－３－乙基咪??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]急冷Al-Cr合金低温氧化制备自修复α-Al2O3薄膜[J]. 蔡俊,张舟永,凌国平. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[2]钕铁硼在AlCl3-EMIC离子液体中电沉积铝层的耐腐蚀性能[J]. 陈静,凌国平. 材料保护. 2011(11)
[3]P110钢表面韧性FeAl渗层的低温制备[J]. 韦航标,王宇,李文川,凌国平. 材料热处理学报. 2011(S1)
[4]FeAl/Al2O3阻氚层的制备新方法与性能[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,黄志勇,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2011(06)
[5]热处理对Cr/Al复合镀层组织转变的影响[J]. 李文川,徐霸津,凌国平. 材料热处理学报. 2011(05)
[6]Al-Cr涂层低温扩散制备及其相组成的研究[J]. 李文川,蔡俊,凌国平. 金属学报. 2011(02)
[7]稀土合金表面室温熔盐电沉积铝的研究[J]. 凌国平,李岩,张舟永. 稀有金属材料与工程. 2010(08)
[8]HR-2不锈钢室温熔盐镀铝[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,李岩,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2010(07)
[9]HR-2钢表面在AlCl3-EMIC熔盐中电沉积铝镀层的织构和形貌[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,向鑫,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[10]热处理对不同基体表面镀铝相结构的影响[J]. 李岩,凌国平,刘柯钊,陈长安,张桂凯. 材料工程. 2010(02)
博士论文
[1]富Al端Al-Cr合金低温热氧化制备α-Al2O3研究[D]. 蔡俊.浙江大学 2013
[2]Al-Cr-（Si）合金系中准晶及其近似晶体相的结构研究[D]. 何战兵.大连理工大学 2005
本文编号：3497865
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ａ－Ａｌ２〇３的晶体结构示意图??Ｆｉｇ．１．１?ｃｒｙｓｔａｌｓ们ｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?（Ｘ－ＡＩ２Ｏ３??
而在高Ｃｒ端则为ＡｌｓＣｒｓ和ＡｌＣｂ等合金相ｗｙ。随后，Ａｌ－Ｃｒ二元合金体??系不断地被研究，合金相图化逐渐得到更正１４６－５８１?Ｍｕｒｒａｙｔｓｅｉ在详细评佑前人工??作的基础上，更新了?Ａｌ－Ｃｒ相图，并被收录为标准相图使用，如图１．２所示。但仍存??在许多争议。??其中，ＡｌｎＣ：ｒ２晶体结构的争议非常大。Ｍａｓｓａｌｓｋｉ等（１９９０严３认为Ａｌｌ位２含??打的原子百分比约在１５．２￣１７．０化％左右，溶点９４０化，室温下存在。Ｎｅｔｏ等??（１９９２严咕重新研究Ａｌ－Ｃｒ相图时，认为ＡｌｎＣｎ不存在。Ｍａｈｄｏ地等（２０００）［ｍ］??结合热处理实验和自由能的计算，认为ＡｌｉｉＣｎ仅存在于Ｗ５？７８５?％温度区间范??围内，在７８５?°Ｃ?Ｗ下Ａｈ位２会共析分解成ＡｂＣｒ和ＡＬＡ，据此提出了修正的??ＡｋＣｒ相图，如图１．３。曹宝宝等也ｉ人为ＡｌｉｉＣｒ２是高温稳定相，在低温下会发??生共析分解，反应方程为ＡｌｉｉＣｈ一ＡＵｓＣｒＴ＋ＡＬｉＣｒｔｗ’ｓｑ。??ＡＩ９化和Ａｌｓ化中的打原子百分含量分别在３０￣３６化％和％？４２?＾％ｃＥｌｌｎｅｒ??等（１９８９严娜究表明在１１００化Ｗ上ＡｌｇＣｒ４和ＡｌｇＣｒｓ是两个不同的相。而Ｍａｈｄｏｕｋ??等（２０００卢研究结果表明
１．５丄２离子液体的分类??离子液体按阳离子的不同，主要可Ｗ分为四类烧基化唆类、焼基咪嗤??类、季礎盐类、季锭盐类（图１．５）。??Ｒ??Ｉ??筒‘?＼０／職??（ａ）烧基化馆类?（ｂ）焼基咪嗤类??Ｔ?ｆ??Ｒ??（ｃ）季锭盐类?（ｄ）季满盐类??困１．５不同种类的离子液体阳离子??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ??离子液体按其阴离子分类Ｐｑ：??（１）阴离子中含金属元素或齿化金属元素，常见的有ＡＩＣＩ３、ＭｎＣｌ２、ＺｎＣｌ２??等。这类离子液体对空气和水敏感，不能稳定在空气中務定存在。??（如Ｗ?ＢＦ４—、ＢＦ６‘为阴离子，这类离子液体对空气和水较稳定，是最近发??展起来的离子液体。??（３）?ＷＣＦ３Ｓ０３－、（ＣＦ３Ｓ０２）?２Ｎ－为阴离子，稳定性较好。按照其性质，离??子液体可大致分为两类：（１）对水、氧敏感的离子液体，如Ａ１Ｃ１ＨＢＰＣ、??Ａ１Ｃ１３－ＥＭＩＣ、Ａ１Ｃ１３—氯化?１－甲基－３－Ｔ基咪嗤（Ａ１Ｃ１３－ＢＭＩＣ）等；（２）对水、氧??不敏感的离子液体，如ＥＭＩＢＦ４、ＥＭＩＢＦｅ、氯化胆碱（ＣｈＣｌ）、；！－甲基－３－乙基咪??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]急冷Al-Cr合金低温氧化制备自修复α-Al2O3薄膜[J]. 蔡俊,张舟永,凌国平. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[2]钕铁硼在AlCl3-EMIC离子液体中电沉积铝层的耐腐蚀性能[J]. 陈静,凌国平. 材料保护. 2011(11)
[3]P110钢表面韧性FeAl渗层的低温制备[J]. 韦航标,王宇,李文川,凌国平. 材料热处理学报. 2011(S1)
[4]FeAl/Al2O3阻氚层的制备新方法与性能[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,黄志勇,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2011(06)
[5]热处理对Cr/Al复合镀层组织转变的影响[J]. 李文川,徐霸津,凌国平. 材料热处理学报. 2011(05)
[6]Al-Cr涂层低温扩散制备及其相组成的研究[J]. 李文川,蔡俊,凌国平. 金属学报. 2011(02)
[7]稀土合金表面室温熔盐电沉积铝的研究[J]. 凌国平,李岩,张舟永. 稀有金属材料与工程. 2010(08)
[8]HR-2不锈钢室温熔盐镀铝[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,李岩,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2010(07)
[9]HR-2钢表面在AlCl3-EMIC熔盐中电沉积铝镀层的织构和形貌[J]. 张桂凯,李炬,陈长安,向鑫,凌国平. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[10]热处理对不同基体表面镀铝相结构的影响[J]. 李岩,凌国平,刘柯钊,陈长安,张桂凯. 材料工程. 2010(02)
博士论文
[1]富Al端Al-Cr合金低温热氧化制备α-Al2O3研究[D]. 蔡俊.浙江大学 2013
[2]Al-Cr-（Si）合金系中准晶及其近似晶体相的结构研究[D]. 何战兵.大连理工大学 2005
本文编号：3497865
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