陶瓷球冲击AM355不锈钢机械能助渗渗铝的研究

发布时间：2017-10-07 04:09

  本文关键词：陶瓷球冲击AM355不锈钢机械能助渗渗铝的研究

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【摘要】：本文采用陶瓷球冲击机械能助渗工艺在AM355钢表面进行渗铝处理。通过X-射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等分析手段,研究了陶瓷球参数(质量配比、直径大小)对组织形貌、化学成分分布及渗铝层形成速度的影响,并优化出最佳的陶瓷球参数。通过显微硬度、耐磨性能及抗中温氧化性能的测试,比较增加陶瓷球冲击的机械能助渗工艺与粉末包埋渗工艺制备的渗铝层的性能差异。在此基础上,考察了渗铝过程中的渗剂反应、活性原子吸附及扩散环节,探讨了陶瓷球冲击机械能助渗机制。结果表明:在相同渗剂条件下,采用不同参数的陶瓷球冲击的机械能助渗工艺在550℃×5h的渗铝条件下所获得的渗层厚度随陶瓷球质量配比及直径大小的增加而逐渐降低。当陶瓷球质量配比参数为5wt%,直径为1mm时,获得的渗铝层厚度达到最厚约为59μm,约为传统粉末包埋渗工艺制备的渗层厚度(31μm)的两倍,并显著高于只增加滚筒转速而不增加陶瓷球冲击的机械能助渗工艺制备的渗层厚度(42μm)。增加陶瓷球冲击的机械能助渗铝工艺及传统粉末包埋渗铝工艺制备的渗铝层均主要由Al13Fe4和FeAl3等富铝化合物相组成。其中,增加陶瓷球冲击的机械能助渗铝工艺制备的渗铝层由粒状的铝化物聚集堆垛而成,为单层结构,渗层中各元素分布均匀,Al/Fe原子约3:1。并且增加陶瓷球冲击的机械能助渗工艺制备的渗铝层表面铝的含量高于传统粉末包埋渗工艺制备的渗层。增加陶瓷球冲击的机械能助渗工艺制备的渗铝层硬度值为961HV0.2,略高于粉末包埋渗制备的渗铝层表面的硬度值844.5HV0.2;且前者的磨损体积为340μm3要略小于后者282μm3,两种工艺制备的渗铝层的摩擦系数均保持在0.5~0.6之间。两种渗铝工艺制备的渗铝试样在600℃氧化100h的氧化增重曲线均呈抛物线规律,氧化后表面氧含量均明显增加20wt%以上,无明显氧化皮脱落现象,在中温条件下属于完全抗氧化等级。在550~650℃渗铝温度条件下,增加陶瓷球冲击的机械能助渗工艺制备的渗铝层的生长速率常数约为传统粉末包埋渗铝工艺的2~3倍;扩散激活能Q明显低于传统粉末包埋渗工艺。陶瓷球及渗剂粒子对基体不锈钢的冲击与摩擦作用使基体不锈钢表面的粗糙度增加。陶瓷球冲击助渗增加了活性铝原子与试样的接触几率,使活性原子大量吸附在试样表面增加了表面铝势,促进活性原子往基体内扩散;而且陶瓷球与渗剂粉末粒子对试样表面的摩擦冲击作用,使表面缺陷增加,形成了快速通道,降低了扩散激活能,提高了生长速率常数,加速了渗铝层的形成。
【关键词】：AM355钢 陶瓷球冲击 机械能助渗 渗铝层 扩散激活能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.445
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 机械能助渗的研究现状9-12
• 1.1.1 机械能助渗方法9-11
• 1.1.2 机械能助渗过程11-12
• 1.2 铁铝金属间化合物渗层12-17
• 1.2.1 渗铝层的制备12-15
• 1.2.2 扩散渗铝原理15-16
• 1.2.3 渗层的组织结构及性能16-17
• 1.3 课题研究内容及意义17-18
• 第二章 试验内容及方法18-23
• 2.1 试验材料及设备18-19
• 2.1.1 试验材料18
• 2.1.2 试验设备18-19
• 2.2 渗铝层的制备19-20
• 2.3 渗铝层组织结构观察20-21
• 2.3.1 显微组织及元素成分分析20
• 2.3.2 物相结构分析20-21
• 2.4 渗铝层性能测试21-23
• 2.4.1 显微硬度测试21
• 2.4.2 耐磨性能测试21-22
• 2.4.3 抗中温氧化性能测试22-23
• 第三章 渗铝层组织结构分析及性能研究23-44
• 3.1 陶瓷球质量配比对渗铝层组织结构的影响23-27
• 3.1.1 表面形貌分析23-24
• 3.1.2 截面形貌及元素成分分析24-27
• 3.2 陶瓷球的直径对渗铝层组织结构的影响27-32
• 3.2.1 表面形貌分析27-28
• 3.2.2 截面形貌及元素成分分析28-32
• 3.3 渗铝层表面物相结构分析32-34
• 3.4 渗铝层的性能表征34-42
• 3.4.1 显微硬度34-35
• 3.4.2 耐磨性能35-39
• 3.4.3 抗中温氧化性39-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 陶瓷球冲击机械能助渗机理研究44-54
• 4.1 渗剂反应与原子吸附过程的考察44-47
• 4.2 扩散过程的考察47-51
• 4.3 陶瓷球冲击机械能助渗铝层的形成过程51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 结论54-56
• 参考文献56-59
• 发表论文和参加科研情况说明59-60
• 致谢60-61

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本文编号：986812