含Al熱噴涂涂層的高溫表現(xiàn)與Al擴(kuò)散機(jī)制.pdf

1、高溫氧化和熱腐蝕是在高溫環(huán)境下工作的設(shè)備及零件失效的主要原因。金屬材料的抗氧化性能取決于該金屬表面形成氧化膜的性質(zhì)。Al是生成穩(wěn)定、致密、保護(hù)性優(yōu)良氧化膜的首選元素，Al合金化的Fe、Ni、Cu工程材料表現(xiàn)出很好的抗氧化和熱腐蝕性能。由于材料的氧化與熱腐蝕均由表面開始，本文通過采用電弧噴涂方法在鋼鐵和純Cu基體表面施加Al或Al基合金涂層來提高材料的抗高溫氧化及熱腐蝕能力。為了研究高溫條件下涂層與基體間原子的自擴(kuò)散和互擴(kuò)散機(jī)制，借助于電

2、子顯微鏡(SEM)觀察、電子探針(EPMA)以及X射線衍射分析等方法，分析了在加熱過程中涂層的組織結(jié)構(gòu)變化、鋁化物擴(kuò)散層的形成以及元素的擴(kuò)散規(guī)律和相互影響，并運(yùn)用有限元差分法計(jì)算了鐵鋁的互擴(kuò)散系數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鋼鐵基體表面電弧噴涂的純鋁、鋁青銅、FeCrAl涂層以及鋁．鋁青銅復(fù)合涂層體系、Al-FeCrAl復(fù)合涂層體系對(duì)基體的高溫氧化防護(hù)都是有效的，尤其復(fù)合涂層體系的防護(hù)效果更佳。通過在CS<,2>實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的掛片試驗(yàn)證

3、明了電弧噴涂的Al-FeCrAl復(fù)合涂層可以顯著地增加灰鑄鐵的抗高溫硫化腐蝕能力。在高溫、高硫壓和低氧壓條件下，復(fù)合涂層中合金元素的相互擴(kuò)散形成了FeCrAl金屬間化合物，并且在涂層表面選擇性氧化形成連續(xù)的Al<,2>O<,3>膜，因而具有很好的抗硫化能力。 將表面噴涂純鋁涂層的鋼鐵試件高溫加熱時(shí)，在試件表面形成Fe<,2>Al<,5>鋁化物層。形成鋁化物層的厚度不但與加熱溫度和加熱時(shí)間有關(guān)，還與熱噴涂鋁涂層的厚度有關(guān)。在700

4、～1100℃加熱溫度范圍內(nèi)，鋁涂層的厚度直接影響到擴(kuò)散層的擴(kuò)散層深度，涂層越厚，擴(kuò)散層越深。在對(duì)純銅基體表面噴鋁擴(kuò)散時(shí)也有類似于上述的影響規(guī)律，在800～900℃加熱時(shí)，涂層中的鋁向銅基體方向擴(kuò)散，基體中的銅又反向擴(kuò)散到涂層中，最后形成的鋁化物擴(kuò)散層由銅鋁金屬間化合物Cu<,9>A<,14>和α-Cu固溶體兩相組成。 為研究鋁化物內(nèi)元素的擴(kuò)散進(jìn)程，利用MATLAB軟件分別計(jì)算了800℃、900℃和1000℃加熱條件下Fe<,2>