碳钢表面机械合金化制备高Cr合金层的研究

论文摘要

机械合金化过程中,粉末在经历冷焊和细化的同时,其中一部分粉末吸附在磨球表面及罐壁上,经过反复挤压和冷焊,形成一定厚度的涂层。根据这一原理本文从三种不同的粉末体系出发,配以一定的球磨工艺参数,首次在管状碳钢材料内壁成功制备了高Cr合金层。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）及透射电镜（TEM）等对合金层进行显微组织、化学成分和相结构分析,并进行显微硬度测试、热震实验、循环氧化实验、阳极氧化实验来测试合金层相关性能。实验首先以纯Cr粉为合金层原始粉末,分别设定300r/min,400r/min,500r/min三种球磨转速。发现高Cr合金层的厚度受机械球磨工艺参数的影响,且在合金层和基体结合处存在扩散现象。对含10wt%RE-Si-Fe和20wt%Al粉所制备的合金层的显微组织分析发现,稀土元素和Al能有效增加Cr的沉积率,提高合金层的厚度和扩散层厚度。合金层的性能测试表明,高Cr合金层的显微硬度相对原始基体均有较大程度的提高,且界面结合处的硬度呈现梯度分布,抗高温氧化能力和耐蚀性相对于基体也有较大的提高。在球磨转速为500r/min条件下,抗氧化性能和耐蚀性最为优良。添加稀土元素后,合金层的抗剥落能力得到很大提高,试样在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀性得到较大改善。添加Al使得合金层抗剥落能力得到一定程度的提高,合金层表面抗高温氧化能力要强于纯Cr粉合金层试样。在研究MA技术制备高Cr合金层的机理时认为,球磨过程中,由于磨球对试样表面的摩擦及剪切作用,导致试样表面处于高度激活态,促进了Cr粉与试样表面的结合。Fe、Cr原子彼此相互扩散,形成冶金结合的合金层,同时冷焊而成的复合Cr粒子继续与试样表面发生冷焊作用,使合金层往外生长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面涂层技术
• 1.2 电镀技术制备CR 涂层
• 1.3 热喷涂技术制备CR 涂层
• 1.4 热扩散法制备CR 涂层
• 1.4.1 固体粉末渗铬
• 1.4.2 熔盐渗铬
• 1.4.3 气体渗铬
• 1.4.4 膏剂渗铬
• 1.5 机械合金化概述
• 1.5.1 MA 的发展概况
• 1.5.2 MA 的基本过程
• 1.5.3 MA 的特点
• 1.5.4 MA 的应用
• 1.5.5 MA 在表面改性中的应用
• 1.6 研究内容及要解决的问题
• 第二章 纯CR 粉MA 制备高CR 合金层的组织与性能
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 实验设备及原料
• 2.1.2 工艺参数
• 2.1.3 实验步骤
• 2.1.4 结构表征与性能测试
• 2.2 纯CR 粉制备高CR 合金层的显微组织与成分分析
• 2.2.1 显微组织形貌
• 2.2.2 X 射线衍射分析
• 2.2.3 合金层的成分分析
• 2.3 纯CR 粉制备高CR 合金层的性能
• 2.3.1 合金层的显微硬度
• 2.3.2 合金层的结合强度
• 2.3.3 合金层的高温氧化性
• 2.3.4 合金层的耐蚀性研究
• 2.4 球磨转速对CR 合金层性能的影响机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 CR-10WT% RE 硅铁MA 制备高CR 合金层的组织与性能
• 3.1 实验过程
• 3.2 CR-10WT% RE-SI-FE 制备高CR 合金层的显微组织与成分分析
• 3.2.1 X 射线衍射分析
• 3.2.2 合金层的显微组织与成分分析
• 3.3 CR-10WT% RE-SI-FE 制备高CR 合金层的性能
• 3.3.1 合金层的显微硬度
• 3.3.2 合金层的结合强度与高温氧化性
• 3.3.3 合金层的耐蚀性研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 CR-20WT% AL 原料MA 制备CR-AL 合金层的组织与性能
• 4.1 实验过程
• 4.2 MA 制备CR-AL 合金层的显微组织与成分分析
• 4.2.1 X 射线衍射分析
• 4.2.2 Cr-Al 合金层的显微组织与成分分析
• 4.3 MA 制备CR-AL 合金层的性能
• 4.3.1 Cr-Al 合金层的显微硬度
• 4.3.2 Cr-Al 合金层的结合强度与高温氧化性
• 4.4 本章小结
• 第五章 MA 技术制备高CR 合金层的机理
• 5.1 机械力化学
• 5.1.1 机械力化学的作用形式
• 5.1.2 机械力化学的作用机理
• 5.2 MA 技术制备合金层的机理
• 5.3 稀土元素对合金层性能的影响机理
• 5.4 AL 元素对合金层性能的影响机理
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文