45钢表面双辉制备Fe-Al合金层工艺及性能的研究

论文摘要

室温脆性及难以加工成型阻碍了Fe-Al金属间化合物的实际应用,但同时也使高速电弧喷涂、激光熔覆、等离子喷涂等众多表面渗铝或镀铝工艺得以发展。然而研究表明,这些传统的表面渗镀工艺均存在各自的不足,致使获得的渗镀层存在着表面粗糙不平或与基体结合不牢等问题。为此本课题提出了利用双层辉光等离子渗金属技术在45钢表面制备Fe-Al合金层的研究。本课题研究了45钢表面双辉渗铝技术的工艺及机理,对工艺参数进行了优化,对合金层的微观组织、结构、成分分布、物相构成、硬度、结合强度、腐蚀及磨损性能等进行了研究。结果表明:采用自行设计的电极结构和优化后的工艺参数,可在45钢表面形成厚度最高达324μm的Fe-Al合金层;形成的合金层表面较平整,与基体以冶金的方式结合;合金层成分呈梯度分布,最表层Al原子浓度可达60at.%以上;合金层主要以富Fe相（FeAl、Fe3Al及α-Fe（Al））为主;合金层中,沉积层硬度较高,而扩散层内硬度较低且随扩散层深度呈梯度均匀减小。在2.0%Na2S溶液和0.05mol/L Na2SO4+0.5mol/L NaCl混合溶液这两种介质中,合金层的腐蚀速率较45钢基体降低很多,具有优良的耐腐蚀性能;高温磨损试验中随着温度的升高,合金层的摩擦系数降低,磨损量降低,抗磨性明显提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面工程概述
• 1.1.1 表面工程
• 1.1.2 表面工程的分类
• 1.2 Fe-Al 金属间化合物的国内外研究现状
• 1.2.1 Fe-Al 金属间化合物的研究现状
• 1.2.2 Fe-Al 合金层的制备方法及其局限性
• 1.3 双层辉光等离子渗金属技术
• 1.3.1 双层辉光离子渗金属的基本原理
• 1.3.2 双辉技术的特点与优势
• 1.4 本课题的研究意义及内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 双辉制备Fe-Al 合金层的工艺方法
• 2.1 研究方案的总体设计
• 2.2 原材料的准备
• 2.2.1 阴极工件
• 2.2.2 源极材料
• 2.3 Fe-Al 合金层样品制备
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 电极结构
• 2.3.3 试验步骤
• 2.4 检测方法与仪器
• 2.4.1 微观组织分析
• 2.4.2 EDS 成分分析
• 2.4.3 XRD 相组成分析
• 2.4.4 硬度检测
• 2.4.5 划痕实验
• 2.4.6 其它试验设备
• 2.5 影响合金层制备的工艺参数及其初步设计
• 2.5.1 影响工艺参数的规律
• 2.5.2 工艺参数的初步设计
• 第三章 Fe-Al 合金层的组织结构、力学性能及工艺参数的优化
• 3.1 典型Fe-Al 合金层的微观组织结构分析
• 3.1.1 合金层宏观形貌
• 3.1.2 微观组织形貌分析
• 3.1.3 成分检测
• 3.1.4 XRD 检测分析
• 3.1.5 关于Fe-Al 合金层的进一步分析
• 3.2 合金层力学性能检测
• 3.2.1 纳米压痕分析
• 3.2.2 硬度分布检测
• 3.2.3 Fe-Al 合金层结合力检测
• 3.3 渗Al 工艺参数的最优化选择
• 3.3.1 阴极电压的优化
• 3.3.2 极间距的优化
• 3.3.3 气压的优化
• 3.3.4 时间的优化
• 3.3.5 最佳工艺参数
• 第四章 电化学腐蚀性能检测
• 4.1 电化学腐蚀基本原理
• 4.1.1 极化曲线
• 4.1.2 金属钝化现象
• 4.1.3 腐蚀速度
• 4.1.4 极化曲线的测量
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 电解质溶液选择
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 试验设备及参数
• 4.2.4 实验过程
• 4.3 实验结果与分析
• 2SO₄+0.5mol/L NaCl 混合溶液中的电化学腐蚀'>4.3.1 0.05mol/L Na₂SO₄+0.5mol/L NaCl 混合溶液中的电化学腐蚀
• 2S 溶液中的电化学腐蚀'>4.3.2 2.0% Na₂S 溶液中的电化学腐蚀
• 4.3.3 腐蚀机理分析
• 第五章 磨损性能检测
• 5.1 摩擦及摩擦模型
• 5.2 磨损及其常见形式
• 5.3 试验材料与方法
• 5.3.1 试验材料
• 5.3.2 试验设备
• 5.3.3 试验过程
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 磨损量的检测
• 5.4.2 各温度下摩擦磨损行为的检测
• 5.4.3 高温磨损机理
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间的研究成果及发表的学术论文