Cr对热浸渗层循环氧化寿命影响的研究

论文摘要

热浸渗铝钢具有良好的抗高温氧化性、耐蚀性和耐磨损等特性,因此在石油化工、冶金、电力等工业中得到广泛的应用。合金元素Cr具有高熔点低膨胀系数等物理性能,是钢种中最常用的合金化元素之一,然而人们对铬元素对热浸渗铝钢渗层性能影响的研究还较少,为了提高渗铝钢渗层高温环境下的使用寿命,本文研究了在750℃、4min工艺条件下制备的Q235钢热浸渗铝、渗铝铬合金涂层在800℃高温循环氧化行为,并对比了纯铝试样和不同含量的Cr试样循环氧化增重以及渗层的情况。本实验采用二浴法制备热浸渗铝试样。循环氧化条件为：试样在800℃保温11h,然后从炉中取出自然冷却至室温放置1h,此过程为一个氧化循环过程。取样后用时代TT220数字式磁性测厚仪测量渗层厚度,用4XC系列金相显微镜观察微观组织,并进行了扫描分析。800℃循环氧化试验的结果显示,渗铝和渗铝铬合金层氧化增重显示出先增大后减小的规律。本实验还对比了纯铝试样和不同含量的Cr试样渗层空洞、裂纹的情况,通过研究循环氧化过程中渗层裂纹的形态分析了裂纹产生可能的原因,得出渗层裂纹主要和渗层中空洞、渗层表层Al2O3膜损耗以及合金层之间的膨胀系数差异有关,同时还分析了Cr元素对渗层裂纹的影响指出了使得热浸渗层综合性能最好的最佳Cr元素的添加含量为0.6%,并建议性的提出了延长渗层高温环境下使用寿命的方法,提出了新的渗铝层失效机制,为今后提高渗铝层使用寿命指出了研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题意义
• 1.2 渗铝
• 1.2.1 渗铝以及渗铝的几种方法
• 1.3 热浸渗铝的几种方法
• 1.3.1 熔剂法热浸镀铝
• 1.3.2 钝化法热浸渗铝
• 1.3.3 新型的热浸渗铝技术
• 1.4 热浸渗铝的扩散处理工艺和温度等参数对镀铝的影响
• 1.4.1 扩散处理工艺
• 1.4.2 热浸铝的工艺参数
• 1.5 合金元素对热浸镀铝的影响
• 1.5.1 钢基体中一些合金元素对镀铝的影响
• 1.5.2 铝液中一些合金元素对镀铝的影响
• 1.6 热浸渗铝层的性能及其应用
• 1.6.1 渗铝层的主要性能
• 1.6.2 渗铝工艺的应用领域
• 1.7 国内外热浸渗铝工艺的研究现状与进展
• 1.8 本文研究的目的和主要内容
• 第2章 实验及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.2.1 热浸铝设备
• 2.2.2 扩散处理及高温氧化设备
• 2.2.3 渗层厚度测量
• 2.2.4 金相试样制备
• 2.2.5 金相组织观察
• 2.2.6 氧化称重
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 渗铝试样的制备以及前处理工艺
• 2.3.2 热浸镀铝预备实验
• 2.3.3 热浸渗铝工艺
• 2.3.4 金相试样制备
• 第3章 实验结果与分析
• 3.1 氧化前试样渗层的组织
• 3.2 试样的循环氧化
• 3.2.1 试样的外观变化
• 3.2.2 试样各合金层的相变化
• 3.2.3 试样的微观变化
• 3.2.4 试样的氧化增重
• 3.3 试样中Cr元素的分布以及对Al原子扩散的影响
• 3.3.1 试样中Cr元素的分布
• 3.3.2 Cr元素对铝原子扩散的影响
• 第4章 讨论
• 4.1 热浸渗层的失效分析和裂纹分析
• 4.1.1 热浸渗层的失效分析
• 4.1.2 裂纹分析
• 4.2 渗层中的空洞的分布、形成原因及Cr元素对空洞的影响
• 4.2.1 渗层中的空洞的分布及形成原因
• 4.2.2 Cr元素对空洞的影响
• 4.3 试样表层氧化膜形态以及Cr元素对氧化膜的影响
• 4.3.1 试样表层氧化膜形态
• 2O₃氧化膜的影响'>4.3.2 Cr元素对Al₂O₃氧化膜的影响
• 4.4 Cr元素对膨胀系数的影响
• 4.5 空洞、膨胀系数等对裂纹影响分析
• 4.6 渗层实际的失效方式
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢