AM355不锈钢机械能助渗铝涂层的制备及组织性能研究

发布时间：2017-09-27 05:26

  本文关键词：AM355不锈钢机械能助渗铝涂层的制备及组织性能研究

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【摘要】：AM355钢最终时效处理温度较低(一般在600℃以下),为了提高材料的抗氧化、耐磨耐蚀等性能而又能保持材料原有的优异机械性能,同时提高生产效率、节能降耗,本文采用机械能助渗铝工艺在AM355钢表面低温快速制备了铝化物涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究了不同渗铝温度和保温时间、不同滚筒转速和装炉量对渗铝涂层组织形貌、化学成分及含量、物相构成的影响。并采用硬度计、高温磨损试验机、PARSTAT 2273电化学工作站等,研究了渗铝涂层的显微硬度、耐磨性能、抗中温氧化和耐蚀性能。通过分析研究,得到以下结论:(1)不同渗铝温度制备的渗铝涂层主要含有Fe2Al5、FeAl3和Al13Fe4等富铝化合物相结构,不同保温时间制备的渗铝涂层主要由Fe2Al5和FeAl3相构成。(2)不同渗铝工艺制备的渗铝涂层均为单层结构,且铝含量都在60 at%以上。渗铝涂层的厚度随着渗铝温度的升高和保温时间的延长而呈类抛物线增加,其中500℃×10 h时涂层厚度达21μm左右,550℃×1 h时涂层厚度约为20μm。机械能助渗铝工艺滚筒内需要留有足够空隙,保证复合粉剂间及其与试样的相对摩擦冲击。其中550℃×5 h且满装炉时,渗铝涂层厚度仅为11μm左右。(3)与未处理的基体材料AM355钢相比,经(500~600)℃×10 h和550℃×(0.5~5)h热处理后的试样强度在5%以内变化,硬度也相差很小,即对基体材料的力学性能基本无明显影响,采用这个渗铝温度段和保温时间段具有生产价值;经650℃×10 h处理后,材料的强度、硬度明显降低,不适合作为AM355钢低温渗铝热处理工艺。(4)不同渗铝工艺制备的渗铝涂层表面显微硬度基本都在900 HV0.1以上,且随渗铝温度和滚筒转速的升高先增加后减小,随保温时间的延长而逐渐增大。其中,600℃×10 h时涂层显微硬度最大约为1104 HV0.1。当渗铝涂层达到一定厚度以后,可以提高材料的耐磨性能;其中550℃×5 h渗铝试样磨损体积和磨损深度最小,磨损体积约为表面光滑的基体材料的1/5。(5)不同渗铝温度和转速制备的渗铝试样在400℃氧化800 h后,其氧化动力学曲线呈抛物线规律,其平均氧化速率远低于0.1 g·m-2·h-1水平;氧化800 h后,渗铝涂层表面形貌没有明显变化,且没有氧化皮脱落的现象,在中温条件下属于完全抗氧化等级。(6)渗铝处理后试样在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率较低,具有较好的耐蚀性能。其中,不同渗铝温度和保温时间处理后的试样中,渗铝工艺为650℃×10 h和550℃×0.5 h时,涂层耐蚀效果较好。采用机械能助渗铝工艺有利于提高渗铝涂层的耐蚀性能,其中经5 r/min和装炉量为55%的渗铝试样的耐蚀性较好。(7)机械能助渗铝工艺能够加速渗铝涂层的形成,并有细化涂层和促进涂层晶粒紧密生长的效果。机械转动增加了复合粉剂颗粒间及其与试样的相互摩擦冲击,促进了活性原子的生成及传递;活化了试样表面,增强了对活性原子的吸附能力;促进了活性原子在试样表面富集,增加了活性原子与试样的接触几率。
【关键词】：AM355钢 机械能助渗 渗铝涂层 耐磨性 抗氧化性 耐蚀性
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 铁铝化合物涂层9-12
• 1.2.1 涂层的组织结构10-11
• 1.2.2 涂层的性能及运用11-12
• 1.3 渗铝技术的发展12-14
• 1.3.1 普通渗铝工艺12-13
• 1.3.2 低温渗铝技术13-14
• 1.4 机械能助渗的研究现状14-17
• 1.4.1 机械能助渗过程14-15
• 1.4.2 机械能助渗技术的发展15-17
• 1.5 选题意义及研究内容17-18
• 第2章 实验内容及方法18-26
• 2.1 试验材料及设备18-20
• 2.1.1 试验材料18
• 2.1.2 试验设备的设计18-20
• 2.2 涂层的制备20-22
• 2.2.1 渗剂成分的优化选择20
• 2.2.2 试验工艺路线20-21
• 2.2.3 不同渗铝温度制备渗铝涂层21
• 2.2.4 不同保温时间制备渗铝涂层21-22
• 2.2.5 不同转速和装炉量制备渗铝涂层22
• 2.3 渗铝涂层组织结构观察22-23
• 2.3.1 显微组织及元素成分分析22
• 2.3.2 物相结构分析22-23
• 2.4 渗铝涂层性能测试23-26
• 2.4.1 渗铝涂层力学性能测试23-24
• 2.4.2 渗铝涂层抗中温氧化性能测试24-25
• 2.4.3 渗铝涂层电化学性能分析25-26
• 第3章 不同温度和时间制备渗铝涂层组织结构及性能研究26-52
• 3.1 不同温度对渗铝涂层组织结构的影响26-32
• 3.1.1 表面形貌分析26-28
• 3.1.2 物相结构分析28-29
• 3.1.3 截面形貌及元素成分分析29-32
• 3.2 不同保温时间对渗铝涂层组织结构的影响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 不同渗铝温度和保温时间对基体材料力学性能的影响38-41
• 3.3.1 不同渗铝温度对基体材料力学性能的影响39-40
• 3.3.2 不同保温时间对基体材料力学性能的影响40-41
• 3.4 不同温度和时间对渗铝涂层力学性能的影响41-45
• 3.4.1 显微硬度分析41-43
• 3.4.2 耐磨性能测试43-45
• 3.5 不同渗铝温度对渗铝涂层抗中温氧化性能的影响45-48
• 3.6 不同渗铝温度和时间对渗铝涂层耐蚀性能的影响48-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第4章 不同转速和装炉量制备渗铝层组织结构及性能的研究52-67
• 4.1 不同转速对渗铝涂层组织结构的影响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 不同装炉量对渗铝涂层组织结构的影响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 不同转速对渗铝涂层力学性能的影响59-61
• 4.3.1 显微硬度分析59-60
• 4.3.2 耐磨性能测试60-61
• 4.4 不同转速对渗铝涂层抗中温氧化性能的影响61-63
• 4.5 不同转速和装炉量对渗铝涂层耐蚀性能的影响63-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第5章 机械能助渗快速制备铝化物涂层机理分析67-75
• 5.1 机械助渗铝工艺宏观效果67-69
• 5.2 机械能助渗铝涂层快速形成机理69-74
• 5.2.1 对复合粉剂的活化作用69-71
• 5.2.2 对试样表面活化作用71-72
• 5.2.3 活性铝原子的传递72
• 5.2.4 机械能助渗铝涂层形成过程72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第6章 结论75-77
• 参考文献77-81
• 发表论文和参加科研情况说明81-82
• 致谢82-83

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本文编号：927880