奧氏體不銹鋼等離子滲鉿及其高溫性能研究.pdf

1、進(jìn)入20世紀(jì)以來，我國(guó)的國(guó)防、航空、能源、機(jī)電、國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及綜合國(guó)力的發(fā)展突飛猛進(jìn)，進(jìn)而對(duì)高溫合金的需求進(jìn)一步提高。在2012年，我國(guó)高溫合金產(chǎn)量約為1W噸，但是市場(chǎng)需求則超過了2W噸，高溫合金市場(chǎng)供不應(yīng)求。另外，我國(guó)并未掌握一些高檔高溫合金制造的先進(jìn)工藝，并且對(duì)1000℃以上使用的高溫合金種類研究較少，因此很多特殊高溫材料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)與市場(chǎng)之間供求的不平衡，使高檔高溫合金的開發(fā)研制迫在眉睫。奧氏體不銹鋼是不銹鋼類中使用量

2、最大的一種，在高溫下具有良好的力學(xué)性能和抗氧化能力，廣泛應(yīng)用于1000℃以下的工作環(huán)境中，故探索奧氏體不銹鋼在超過1000℃環(huán)境下的抗氧化性能提高的方法，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究利用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)，在0Cr18Ni9Ti不銹鋼的表面進(jìn)行等離子滲鉿；以及對(duì)滲鉿層進(jìn)行固體滲碳，形成含鉿及含鉿碳化物的兩種梯度合金層。研究了滲鉿合金層的顯微組織、成分及分布、結(jié)構(gòu)組成、表面硬度分布以及耐蝕性；考察滲鉿合金層及滲鉿+滲碳層的

3、高溫耐磨性及抗高溫氧化性能；并與0Cr18Ni9Ti不銹鋼基材作對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如下：
　　（1）滲鉿最優(yōu)工藝參數(shù)：源極電壓790~810V，保溫時(shí)間5h，極間距25mm，氣壓35Pa，溫度1100℃；形成的滲層厚約35um；滲層與基體之間有一條反應(yīng)擴(kuò)散線，說明滲金屬過程中發(fā)生反應(yīng)擴(kuò)散；滲層為冶金結(jié)合，沒有剝落現(xiàn)象；表面物相有：HfC、Hf2Fe、Hf。滲碳試驗(yàn)：滲碳層厚約100um，與基體呈冶金結(jié)合；碳化物以顆粒狀和塊狀在滲層中彌

4、散分布，尺寸為1～5um，主要為 MC、M7C3、M23C6類型；結(jié)合定比碳原則分析，表面含碳量高于理論計(jì)算值；滲鉿后表面硬度為620 HV0.1，滲鉿+滲碳后為1400 HV0.1；
　?。?）滲鉿試樣在 H2SO4溶液電化學(xué)腐蝕性略差；在 HNO3、NaCl、NaOH溶液中耐蝕性均提高，相對(duì)基材腐蝕速度降低了2.32倍、1.74倍、1.38倍。由于在腐蝕液中滲鉿試樣表面形成含鉿和鉻的氧化膜，能提高氧化鉻薄膜的致密性和穩(wěn)定性；另

5、外鉿為強(qiáng)碳化物形成元素，能固定鋼中的碳而形成穩(wěn)定的HfC，降低晶間腐蝕傾向；
　?。?）滲鉿試樣表面沉積層結(jié)合力為20N，沉積層以下的滲層由于冶金結(jié)合，結(jié)合力曲線幾乎為直線；由摩擦系數(shù)及磨損失重可知滲鉿+滲碳試樣耐磨性最優(yōu)，300℃和500℃時(shí)滲鉿試樣相對(duì)基材耐磨性分別提高了1.47和1.94倍，滲碳試樣提高了2.13和2.28倍；基材劃痕較深，出現(xiàn)片狀剝落，表面粗化明顯；滲鉿試樣由于固溶強(qiáng)化，承載能力增加，且在磨損中出現(xiàn)合金氧化

6、物，耐磨性能提高；滲鉿+滲碳試樣表面硬度高、硬質(zhì)點(diǎn)多，磨痕較淺，無變形和粘著；
　?。?）基材、滲鉿試樣以及滲鉿+滲碳試樣的氧化服從拋物線規(guī)律，并且依次經(jīng)過滲鉿及滲碳后，氧化增重及相對(duì)氧化速率降低；在1050℃和1100℃氧化時(shí)滲鉿試樣氧效阻止合金元素向外擴(kuò)散，Hf在高溫可固溶在γ＇相中，并析出含Hf的飽和固溶體，能顯著改善表面抗高溫氧化能力，阻止氧對(duì)基體的侵蝕，此外表面的 HfC等碳化物以及HfO2有效地降低了氧離子的擴(kuò)散速率。