雙輝制備Fe-Al-Nb合金涂層及其高溫氧化性能研究.pdf

1、Fe-Al金屬間化合物比強度高、耐蝕性優(yōu)異，但其加工困難、韌性差且高溫下的綜合性能不能滿足苛刻的服役環(huán)境，嚴重制約了其工業(yè)化應用。研究表明，Nb是提高Fe-Al合金組織穩(wěn)定性、強韌性和耐高溫腐蝕性能的重要合金元素，因此，研發(fā)制備綜合性能優(yōu)異的Fe-Al-Nb合金層，解決涂層在復雜高溫工況條件下開裂甚至剝落的難題，將為Fe-Al金屬間化合物的實用化進程提供新的技術路徑。
　　本文通過熱浸鋁工藝在45鋼表面制備出Fe-Al合金層，然后

2、利用雙輝等離子表面改性技術在Fe-Al合金層表面滲Nb，制備出Fe-Al-Nb合金層，探索出理想工藝參數(shù)為：源極電壓800V~900V、工件電壓350V~450V、試驗溫度900℃~1000℃、工作氣壓40Pa、極間距20mm和保溫時間4h。其次，采用SEM、EDS和XRD等檢測手段對合金層的微觀形貌、成分分布和組織結構進行表征。通過顯微硬度檢測、劃痕試驗、有限元分析納米壓痕過程以及恒溫氧化試驗對合金層的力學性能和抗高溫氧化性能進行了深

3、入地研究和分析。結果表明，F(xiàn)e-Al-Nb合金層表面呈顆粒狀分布，均勻致密，與基體結合良好；合金元素沿截面呈梯度分布，主要物相包括Nb、AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al；Fe-Al-Nb合金層表面顯微硬度900HV0.1，比Fe-Al合金層高100HV0.1，是基體的4.5倍；納米壓痕測試得到Fe-Al-Nb合金層的彈性模量為316.2GPa，比Fe-Al合金層大，顯示出更強的抵抗塑性變形能力；采用位移控制加載方式模擬

4、壓痕過程，得到應力應變分布圖及載荷-位移曲線，與實驗曲線吻合，采用力加載控制方式模擬壓痕過程，分析界面層上切應力，定性判斷合金層與基體的結合性能，與劃痕實驗相符；Fe-Al-Nb合金層氧化時，外層Nb主要形成Nb2O5和FeNbO4，隨著氧化溫度的升高和氧化時間的延長，Nb2O5會開裂剝落，抗氧化性降低，F(xiàn)eNbO4逐漸增多，具有一定的抗氧化性，同時合金層與外層氧化膜之間還會形成FeAl2O4和Al2O3的氧化物，其結構穩(wěn)定，連續(xù)致密，