论文题目: 喷丸加速制备纳米结构铝化物涂层的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 詹肇麟
导师: 何业东,高唯
关键词: 纳米涂层,铝化物涂层,弥散氧化物涂层,介质球冲击,高温腐蚀性能
文献来源: 北京科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文研究了利用介质球的冲击效应,在金属材料表面制备纳米结构铝化物涂层、纳米结构ODS涂层和在钢管内壁制备铝覆层的规律和涂层的形成机理,评价了涂层的高温氧化性能。采用自行设计的振动渗铝实验装置,研究了在传统的粉末包埋渗铝过程中增加介质球的冲击作用,制备纳米结构铝化物涂层。在440～600℃处理0.25～4小时,可以分别在低碳钢、Cr5Mo合金、不锈钢和镍基高温合金表面制备出纳米结构铝化物涂层。这种涂层结构简单、均匀致密、没有粗晶组织和粗大的第二相沉积物,呈现纳米结构。涂层由富铝相的化合物组成,元素呈均匀的分布状态。涂层的厚度随处理温度的提高而增加,呈线性关系; 随处理时间的延长而增加,呈抛物线关系。本研究结果使铝化物涂层形成的温度大幅度降低,时间显著缩短,为在低温条件下制备扩散涂层和纳米涂层提供了一条新的途径。采用SEM、TEM、AFM、XRD、EDS以及Pt标记实验等,研究了介质球的冲击作用下纳米铝化物涂层的形成机理。研究结果表明,介质球的冲击对低温形成纳米结构铝化物涂层起主导作用,涂层的形成机制与传统的粉末包埋渗铝不同,是表面细化、纳米化过程和原子扩散过程共同作用的结果。涂层的形成过程包括四个步骤: (1)表面形成铝附着层:在介质球冲击作用下,吸附于基体表面和介质球表面细小的铝粉颗粒,发生塑性变形,产生钉扎、冷焊等效应,在基体表面形成铝附着层。(2)表面层组织细化与合金层的形成:介质球的冲击,使基体表面层产生塑性变形,通过晶粒内位错反应、滑移带的交互作用和晶粒的解理断裂形成解理细晶组织等过程,使表面层的组织细化,形成了大量的晶界和晶体缺陷,为原子扩散提供了快速通道,降低了扩散激活能,使原子在相对较低的温度下扩散成为可能。同时,介质球的冲击在撞击点产生严重的塑性变形,导致局部的温度升高,提高了原子的扩散能力。因此,在介质球的冲击作用下,铝附着层中的铝原子和基体中的合金原子沿大量的晶界发生扩散,富铝相金属间化合物形核、生长和转变,逐步形成合金层。(3)合金层组织细化、均匀化、致密化:富铝相的形核降低了表面能,在相对较低的温度下,晶粒的长大受到了抑制。同时,介质球的冲击,打碎合金层中趋于长大的富铝相化合物,使合金层组织细化,形成纳米结构的合金层。另外,介质球的冲击对表层产生压应力的作用,消除了原子扩散形成的孔洞,使合金层组织致密、成分均匀。
论文目录:
摘要
引言
1 文献综述
1.1 纳米涂层与表面纳米化
1.1.1 纳米涂层的制备方法
1.1.2 表面纳米化
1.1.3 表面纳米化效应
1.2 铝化物涂层
1.2.1 扩散渗铝原理
1.2.2 铝化物涂层的制备方法
1.2.3 低温扩散渗铝
1.2.4 铝化物涂层形貌
1.3 弥散氧化物涂层
1.3.1 弥散氧化物涂层的制备方法
1.3.2 弥散氧化物合金高温氧化机理
1.3.3 弥散氧化物涂层高温氧化机理
2 实验原理与实验装置的设计
2.1 前言
2.2 实验原理
2.3 实验装置设计
2.4 高温实验
2.5 形貌、物相分析
2.6 结论
3 纳米结构铝化物涂层的制备及其形成机理的研究
3.1 前言
3.2 实验方法
3.3 实验结果
3.3.1 温度和时间对涂层形成的影响
3.3.2 纳米铝化物涂层的截面形貌
3.3.3 纳米铝化物涂层的表面形貌
3.3.4 纳米铝化物涂层的微观结构
3.3.5 纳米铝化物涂层的TEM形貌
3.3.6 扩散退火
3.3.7 涂层的高温性能
3.4 分析与讨论
3.4.1 介质球的冲击效应
3.4.2 涂层纳米结构的形成过程
3.4.3 纳米结构铝化物涂层的生长机理
3.5 结论
4 合金钢表面纳米结构铝化物涂层的制备及其高温性能的研究
4.1 前言
4.2 实验方法
4.3 实验结果
4.3.1 Cr5Mo表面铝化物涂层及高温性能
4.3.2 1Cr13 不锈钢表面纳米铝化物涂层及高温性能
4.3.3 1Cr18Ni9Ti不锈钢表面纳米铝化物涂层及高温性能
4.4 分析与讨论
4.4.1 纳米铝化物涂层的形成过程
4.4.2 合金成分对涂层形成的影响
4.4.3 纳米铝化物涂层的高温氧化
4.5 结论
5 高温合金表面纳米结构铝化物涂层制备的研究及其高温性能
5.1 前言
5.2 实验方法
5.3 实验结果
5.3.1 温度和时间对涂层形成的影响
5.3.2 纳米铝化物涂层的形貌
5.3.3 扩散退火
5.3.4 抗高温氧化性能
5.4 分析与讨论
5.5 结论
6 纳米结构弥散氧化物涂层制备的研究
6.1 前言
6.2 实验方法
6.2.1 实验原理
6.2.2 实验过程
6.2.3 实验材料
6.3 实验结果
6.3.1 铝粉的改性处理
6.3.2 1Cr13 表面纳米结构ODS涂层及高温性能
6.3.3 1Cr18Ni9Ti表面纳米结构ODS涂层及高温性能
6.3.4 镍基合金表面纳米结构ODS涂层及高温性能
6.4 分析与讨论
6.5 结论
7 钢管内壁机械研磨铝覆层的研究
7.1 前言
7.2 实验方法
7.2.1 实验材料
7.2.2 实验装置和实验过程
7.2.3 铝覆层结合强度的评价
7.3 实验结果及分析
7.3.1 结合强度
7.3.2 铝覆层的结构
7.3.3 退火处理
7.4 结论
总结论
参考文献
在学研究成果
致谢
发布时间: 2006-05-23
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