低碳钢表面机械能助渗铝工艺及渗铝层性能研究

论文摘要

本文通过实验研究了机械能助渗铝渗剂的成分配比以及影响机械能助渗铝的温度、时间、填充剂粒度等参数。针对原渗铝剂中活化剂成本高,储存不方便的缺点,采用新型的活化剂与填充剂,得到优化的渗铝剂配方及渗铝工艺。08F钢经600℃×3h机械能助渗铝,可得到厚度超过100um的渗铝层。对机械能助渗铝钢进行扩散退火的实验研究表明,机械能助渗铝钢在700℃下可发生扩散反应,800℃保温4h渗层完全扩散,形成以FeAl与Fe3Al等低铝相为主要组成相的渗铝层。用金相显微镜、电子探针、X射线衍射仪、透射电镜等研究和分析了机械能助渗铝层的组织结构、表面形貌和成分分布等,分析了渗剂组成对渗铝层微观缺陷的影响。机械能助渗铝的渗层显微硬度在800Hv0.1以上,高的渗层硬度提高了渗铝钢表面的耐磨性。对机械能助渗铝钢在NaCl、H2S、H2SO3、HNO3等腐蚀介质中的耐腐蚀性能及抗高温氧化性能进行的实验表明,机械能助渗铝钢具有良好的耐腐蚀及抗高温氧化性能。因机械能助渗铝保温温度低,渗铝后基体基本能保持原由的机械性能。测试结果表明,机械能助渗铝的渗层主要要富铝的Fe2Al5相组成,并含有少量的FeAl及Fe3Al相,渗铝层呈柱状向基体内生长。渗层中铝元素浓度均匀,没有出现从高铝相到低铝相的转变,渗层未发现独立的FeAl及Fe3Al层。实验结果表明,机械能助渗铝技术在1Cr18Ni9及纯钛试样表面进行渗铝处理时,同样具有较高的渗铝能力。与在碳钢表面进行渗铝不同的是,在不绣钢及纯钛表层渗铝后,渗铝层表层含有一层未扩散的纯铝层。结合实验观察,从渗剂成分之间的反应、滚筒内的气氛流动、填充颗粒对试样表面的摩擦净化、撞击在试样表面产生晶体缺陷、冲击引起铝粉同试样之间的冷焊等多个角度,对机械能助渗铝的助渗机制进行了分析和讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢铁渗铝工艺概况
• 1.1.1 填充法粉末渗铝
• 1.1.2 料浆渗铝
• 1.1.3 热喷涂铝法
• 1.1.4 热浸镀铝
• 1.1.5 机械能助渗铝
• 1.2 机械能助渗工艺的研究现状
• 1.3 钢渗铝层的性能
• 1.3.1 耐高温氧化性能
• 1.3.2 耐高温硫化物腐蚀性能
• 1.3.3 耐磨性能
• 1.3.4 耐应力腐蚀开裂性能
• 1.3.5 机械性能
• 1.4 机械能助渗铝与普通粉末渗铝的比较
• 1.4.1 工艺比较
• 1.4.2 渗层组织比较
• 1.4.3 渗铝后基体机械性能变化的比较
• 1.5 渗铝钢在国内的应用现状
• 1.6 本课题研究的目的和意义
• 1.7 研究内容
• 第二章 实验材料及实验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试样制备
• 2.3 工艺试验方法及试验装备
• 2.4 机械能助渗铝层组织结构的检测分析
• 2.4.1 金相分析
• 2.4.2 电子探针（EPMA）分析
• 2.4.3 X射线衍射相分析
• 2.4.4 透射电镜（HETEM）分析
• 2.5 机械能助渗铝层的性能检测
• 2.5.1 显微硬度测定
• 2.5.2 磨损试验
• 2.5.3 抗高温氧化试验
• 2.5.4 耐腐蚀试验
• 2.5.4.1 耐氯化钠水溶液腐蚀实验
• 2.5.4.2 耐电化学腐蚀实验
• 2S腐蚀实验'>2.5.4.3 耐H₂S腐蚀实验
• 2.6 渗铝钢的力学性能检测
• 第三章 机械能助渗铝的渗剂配方及渗铝工艺研究
• 3.1 机械能助渗铝渗剂配方的试验研究
• 3.1.2 填充剂的选择
• 3.1.3 供铝剂的选择
• 3.1.4 活化剂的选择
• 3.1.5 渗铝剂中供铝剂与活化剂成分配比的研究
• 3.2 机械能助渗铝工艺参数的研究
• 3.2.1 渗铝温度
• 3.2.2 保温时间
• 3.2.3 滚筒转速
• 3.2.4 渗剂在滚筒中的装入量
• 3.2.5 填充剂粒度的影响
• 3.3 机械能助渗铝层扩散退火试验的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 机械能助渗铝渗层性能的研究
• 4.1 硬度实验
• 4.2 磨损实验
• 4.3 机械能助渗铝对钢基体力学性能的影响
• 4.4 耐腐蚀性
• 4.4.1 耐氯化钠水溶液浸渍
• 4.4.2 耐硫化氢腐蚀
• 4.4.3 氯化钠腐蚀极化试验结果
• 4.4.4 硝酸（HNO3）腐蚀极化试验结果
• 4.5 抗高温氧化性
• 4.6 本章小结
• 第五章 机械能助渗铝渗层组织结构与成分分析
• 5.1 低碳钢表面机械能助渗铝层金相分析
• 5.1.2 机械能助渗铝层中铝化物异常长大组织
• 5.1.3 机械能助渗铝渗层中出现的大空洞及裂纹
• 5.2 08F钢表面机械能助渗铝层组织形貌与成分分析
• 5.3 不同温度下机械能助渗铝试样表面形貌
• 5.4 渗铝层透射电镜分析
• 5.5 08F扩散后渗层分析
• 5.6 其它材料表面机械能助渗铝组织的研究
• 5.6.1 1Cr18Ni9钢机械能助渗铝的渗层研究
• 5.6.2 钛表面机械能助渗铝渗层组织及成分研究
• 5.6.2.1 钛渗铝试样金相照片
• 5.6.2.2 钛表面渗铝层成分分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 机械能助渗铝机理的研究
• 6.1 机械转动在渗剂组分相互反应中起到的作用
• 6.2 机械转动在吸附过程中的作用
• 6.2.1 加速气氛流通
• 6.2.2 表面净化作用
• 6.3 机械转动在扩散过程中的作用
• 6.3.1 产生晶体缺陷
• 6.3.2 机械冲击引起冷焊效应
• 6.4 机械能助渗铝反应过程
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表和已接受的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表