GH4169和1Cr17表面纳米化后耐高温氧化性的研究

论文摘要

表面喷丸具有操作简单、耗能少、效率高、适用面广等优点,是金属表面改性技术的有效手段。表面喷丸形成的纳米层能够促进金属在高温氧化过程中氧化物的形核,促进Cr等合金元素在氧化过程中由基体向基体/氧化物界面的扩散,从而提高表层氧化膜中的Cr含量及其致密度,使抗氧化性能得到提高。本文对GH4169高温合金和1Cr17铁素体不锈钢用高能喷丸塑性变形方法制备出纳米结构表层,并进行了耐高温氧化性试验,用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度、扫描电镜(SEM)及能谱(EDX)对纳米化表层和表层氧化膜组织形态与成分进行了分析,研究结果表明:应用下述喷丸工艺参数:直径Φ1mm的淬火铬钼合金钢丸,弹丸速度为55m/s;喷丸5min实现了GH4169高温合金的表面纳米化,表层晶粒尺寸约58.25nm,随着时间的进一步延长,晶粒逐渐细化,在喷丸180min时,表层晶粒尺寸约为17.83 nm;GH4169经过不同工艺高能喷丸后的样品表面硬度都有显著的提高,未喷丸样品表层的显微硬度为310HV;喷丸180 min样品表层显微硬度可达到610HV,硬化层深度可达约550μm;喷丸30 min样品表层显微硬度也达到了460HV,硬化层深度约230μm;GH4169高温氧化时表面产生的氧化物主要是Cr2O3;未喷丸样品经高温氧化时表面氧化物首先在晶界形核、长大,随着氧化时间的延长或氧化温度的升高,氧化物逐渐覆盖整个表面;纳米化样品经高温氧化时表面氧化物均匀的生长,覆盖整个表面;1Cr17未喷丸样品、纳米化样品和纳米化后退火样品在600℃空气中氧化1min后,表面已经被氧化;纳米化样品和纳米化后退火样品氧化3min时在表面局部观察到极少量、细小的针状氧化物,而未纳米化样品在氧化30min时才能观察到片状氧化物;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科学技术与纳米晶体材料
• 1.2 表面纳米化的基本原理与制备方法
• 1.2.1 表面涂层或沉积
• 1.2.2 表面自身纳米化
• 1.2.3 混合纳米化
• 1.3 表面纳米化的结构特征
• 1.3.1 形变诱发的纳米化机理
• 1.3.2 影响纳米化的因素
• 1.4 表面纳米化对性能的影响
• 1.4.1 表面性能
• 1.4.2 整体性能
• 1.5 纳米化材料的热稳定性
• 1.6 表面纳米化技术的发展前景
• 1.7 合金的高温氧化
• 1.7.1 影响材料抗氧化性能的主要因素
• 1.8 课题研究背景和内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验研究方法
• 2.2.1 表面纳米化
• 2.2.2 氧化试验
• 2.2.3 X-射线衍射分析
• 2.2.4 扫描电镜分析
• 2.2.5 显微硬度测试
• 2.2.6 透射电镜观察
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 GH4169 和1C117 的表面纳米化表征
• 3.1.1 高能喷丸工艺参数的选取
• 3.1.2 X 射线衍射分析
• 3.1.3 扫描电镜观察及分析
• 3.1.4 透射电镜观察
• 3.1.5 显微硬度分析
• 3.1.6 GH4169 纳米化样品表面损伤分析
• 3.2 高温氧化试验结果与分析
• 3.2.1 GH4169 高温氧化
• 3.2.2 1C117 高温氧化
• 本章小结
• 第四章 讨论
• 4.1 纳米化的形成机制
• 4.2 纳米化提高耐氧化性机理
• 4.3 氧化物层的致密性分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢