低碳钢表面纳米化及合金化研究

发布时间：2017-09-19 17:24

  本文关键词：低碳钢表面纳米化及合金化研究

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【摘要】：低碳钢因其生产技术较成熟，成本较低廉，在工业生产中作为基础材料，被广泛使用。由于生产技术的高速发展，已有材料不能够满足生产对材料的需求，学者们制造了金属纳米晶来改善其性能，或者用合金法来制取不同于基体材料的新材料。 本文选择低碳钢中的工业纯铁和Q235作为实验材料，通过表面机械研磨（SMAT）的方式对两种材料进行表面自纳米化，分析纳米化对其性能的影响，并对工业纯铁，用熔融盐法进行渗硅，分析纳米化对渗硅相关性能的影响。得出以下主要结论： 1、机械研磨35min和45min都实现了工业纯铁表面自纳米化，随着机械研磨时间的增加，纳米晶晶粒尺寸逐渐变小，性能的变化规律是：在腐蚀液中耐蚀性能越来越差，表面粗糙度越来越大，显微硬度越来越高。纳米晶在空气中放置10个月后发生了严重的腐蚀，，腐蚀的发生主要集中在表层花纹密集区域，沿着流变层曲线向材料内部延伸，腐蚀深度可达到150μm。 2、Q235钢在大弹丸（Ф8mm）低频（50HZ）和小弹丸（Ф4mm）高频（20KHZ）两种条件下SMAT都实现了表面自纳米化，所得晶粒尺寸分别为29.70nm和30.44nm。与原始试样相比粗糙度都有明显提高，分别是原始试样的8.3倍和30.9倍。小弹丸高频实验条件下，粗糙度更大。在腐蚀液中，耐蚀性差别较大，小弹丸高频条件下试样较粗晶材料耐蚀性降低，而大弹丸低频条件下较粗晶材料耐蚀性提高。表面粗糙度的不同是导致材料耐腐蚀性能的差异的主要因素。大弹丸低频条件下得到的纳米化试样放置空气中10个月后，材料发生明显腐蚀现象，腐蚀方式主要以点蚀为主。另外，SMAT后两种样品的表层硬度都有大幅度的提高，分别达到了基体的2.4倍和2.3倍，大弹丸低频条件下，硬度稍大。 3、利用熔融盐法可以实现对粗晶纯铁以及SMAT35min和45min后的试样进行渗硅处理。结果发现实现了渗硅，生成Fe3Si，对于相同试样，渗硅时间越长，渗硅深度越深，沿着渗硅方向，硬度呈现先增加后降低的趋势，饱和磁化强度越大。对于渗硅时间相同的不同晶粒尺寸工业纯铁来说，晶粒越小，渗硅深度越深，显微硬度越大，饱和磁化强度越大，粗晶渗硅0.5h后不能够实现渗硅。SMAT45min后的工业纯铁渗硅9h后渗硅深度高达150μm。渗硅对试样的矫顽力HC和剩磁MR的改变不明显。SMAT45min后的纯铁渗硅9h后饱和磁化强度最大，为235emu/g。
【关键词】：低碳钢 表面纳米化 硅化物渗层 熔融盐非电解沉积
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 金属材料的表面改性11-12
• 1.2 纳米材料的发展与制备12-15
• 1.2.1 纳米材料12-13
• 1.2.2 纳米材料的制备13-15
• 1.3 金属材料纳米化对性能的影响15-16
• 1.3.1 微观形貌的影响15
• 1.3.2 硬度的影响15
• 1.3.3 摩擦磨损性能15-16
• 1.3.4 耐蚀性能的影响16
• 1.4 金属材料合金化的方法和功能16-17
• 1.5 选题意义和研究背景17-19
• 参考文献19-23
• 第二章 实验材料及方法23-31
• 2.1 实验材料23-24
• 2.2 实验方案24-25
• 2.3 实验过程25-26
• 2.3.1 表面机械研磨（SMAT）25
• 2.3.2 熔融盐法渗硅25-26
• 2.4 表征方法26-29
• 2.4.1 表面粗糙度分析26-27
• 2.4.2 微观组织分析27
• 2.4.3 X 射线衍射分析（XRD）27
• 2.4.4 SEM/EDS 分析27
• 2.4.5 电化学测试27-28
• 2.4.6 显微硬度测量28
• 2.4.7 磁性分析28-29
• 参考文献29-31
• 第三章 工业纯铁 SMAT 后组织结构及其性能的研究31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 实验方法31
• 3.3 结果与分析31-40
• 3.3.1 宏观形貌31-32
• 3.3.2 粗糙度分析32-33
• 3.3.3 金相组织观察33-34
• 3.3.4 截面 SEM+EDS 分析34-36
• 3.3.5 物相分析36-37
• 3.3.6 表面 SEM 分析37-38
• 3.3.7 耐蚀性分析38-39
• 3.3.8 硬度分析39-40
• 3.4 纯铁纳米化后在大气中腐蚀行为的研究40-43
• 3.4.1 腐蚀表面形貌及成分40-43
• 3.4.2 腐蚀截面形貌43
• 3.5 本章小结43-45
• 参考文献45-47
• 第四章 Q235 钢 SMAT 后组织结构及其性能的研究47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 实验方法47-48
• 4.3 结果与分析48-56
• 4.3.1 Q235 钢纳米化后宏观形貌48-49
• 4.3.2 表面粗糙度分析49-50
• 4.3.3 金相组织观察50-51
• 4.3.4 物相分析51-52
• 4.3.5 SEM 分析52-53
• 4.3.6 耐蚀性分析53-55
• 4.3.7 硬度分析55-56
• 4.4 Q235 纳米化后空气中腐蚀行为的研究56-59
• 4.4.1 腐蚀表面形貌研究56-58
• 4.4.2 腐蚀截面形貌58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 参考文献61-65
• 第五章 纯铁纳米化前后渗硅行为的研究65-85
• 5.1 引言65
• 5.2 试验方法65
• 5.3 纯铁渗硅层的表征65-75
• 5.3.1 渗硅后重量变化65-66
• 5.3.2 物相分析66-69
• 5.3.3 表面 SEM/EDS 分析69-71
• 5.3.4 截面 SEM/EDS 分析71-74
• 5.3.5 渗硅深度分析74-75
• 5.4 纯铁渗硅后性能的影响75-80
• 5.4.1 硬度分析75-78
• 5.4.2 渗硅后磁性能分析78-80
• 5.6 结论80-83
• 参考文献83-85
• 第六章 结论85-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士期间发表的文章89

【参考文献】

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本文编号：882951