电弧喷涂复合涂层的高温氧化表现

论文摘要

随着现代工业技术的发展,材料的热腐蚀,尤其是高温氧化腐蚀与防护问题的重要性日益增强。金属表面氧化膜的性质决定了其抗氧化性能的高低。本文通过在800℃,900℃温度下采用电弧喷涂方法在钢铁基体表面施加铝和铁铬铝/铝复合涂层来研究材料的抗高温氧化能力,通过绘制渗层厚度与保温时间关系曲线来观察涂层的抗高温氧化规律。为了研究高温条件下涂层与基体间原子的扩散机制,利用电子显微镜（SEM）观察、电子探针（EPMA）以及X射线衍射分析等方法,研究了在加热过程中元素的扩散规律和相互影响,涂层的组织结构变化以及铝化物扩散层的形成机制。实验结果表明,渗层的厚度随着温度的升高和保温时间的增长而增加,铁铬铝/铝复合涂层的冶金结合作用增加了涂层结合的可靠性,增加了涂层体系的铝含量,并且在高温环境下表层铝涂层的熔化和扩散很大程度地封闭了贯穿铁铬铝涂层的孔隙,对提高涂层体系的高温防护作用具有重大意义。在钢铁基体表面电弧喷涂的纯铝、铁铬铝/铝复合涂层体系对基体的高温氧化防护都是有效的,尤其复合涂层体系的防护效果更佳。通过对封孔与未封孔的涂层的数据的对比发现,封孔有利于涂层中孔隙的封闭及阻止氧的扩散,从而提高涂层的抗高温氧化性能。将表面喷涂纯铝涂层的钢铁试件高温加热时,在试件表面形成铝化物层以Fe2Al5为主,其含量随着扩散时间的延长而增加。针对加热过程中出现的空洞形成机制予以分析,发现随着扩散的进行,空洞增加并连续,封孔可以减少空洞的形成,对涂层与基体的结合具有重大意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电弧喷涂技术的发展及应用
• 1.3 电弧喷涂抗高温氧化现状
• 1.4 铝的损耗与复合涂层的应用
• 1.5 本课题的研究内容和意义
• 第二章 实验材料、设备及过程
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 喷涂设备
• 2.2.2 辅助设备
• 2.2.3 设备连接
• 2.3 工艺参数
• 2.3.1 电弧电压
• 2.3.2 工作电流
• 2.3.3 雾化空气压力
• 2.3.4 喷涂距离
• 2.3.5 参数确定
• 2.4 实验过程
• 2.4.1 试件的制备
• 2.4.2 涂层表面封闭
• 2.4.3 试件加热扩散处理
• 2.4.4 加热扩散后试件的处理
• 2.4.5 试件结果观察
• 第三章 实验结果及分析
• 3.1 实验数据及其曲线
• 3.1.1 800℃温度下的实验数据
• 3.1.2 900℃温度下的实验数据
• 3.2 实验数据分析
• 3.2.1 材料对渗层的影响
• 3.2.2 保温时间对渗层的影响
• 3.2.3 温度对渗层厚度的影响
• 3.2.4 封孔工艺对扩散的影响
• 3.3 涂层组织与表面形貌分析
• 3.3.1 扫描电子显微镜观察与分析
• 3.3.2 组织分析
• 3.3.3 元素扩散行为分析
• 3.3.4 结果分析
• 第四章 碳钢表面铝化物层的形成与微观结构
• 4.1 电弧喷涂铝涂层的组织与性能
• 4.1.1 电弧喷涂铝涂层的微观结构
• 4.1.2 铝涂层的化学性能
• 4.2 铝涂层在高温的组织变化
• 4.3 铝化物层的结构及形成过程
• 4.3.1 铝化物的组织结构
• 4.3.2 铝化物形成的影响因素
• 4.3.3 涂层表面封闭方法对铝化物形成的影响
• 4.3.4 涂层及铝化物中空隙的形成机理
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢