纯铜基体热喷涂渗铝微观组织及工艺的研究

论文摘要

在现代工业制造生产中,高温氧化和热腐蚀是在高温环境下工作的设备和零件失效的主要原因。金属材料的抗氧化性能取决于该金属表面形成氧化膜的性质。铝是生成稳定、致密、保护性优良氧化膜的首选元素。由于材料的氧化与热腐蚀均由表面开始,本文通过采用电弧喷涂方法在和纯铜基体表面施加铝或铝基合金涂层来提高材料的抗高温氧化及热腐蚀能力。通过在高温下加热,调整不同的加热时间、保温温度以及对不同涂层厚度试件的试验,分析各个参数对铜铝互渗的影响。然后将纯铜试件和经过喷涂保护处理后的试件进行高温氧化及腐蚀试验,可以看到经过渗铝的纯铜试件有更高的耐氧化和耐腐蚀的能力。为了研究高温条件下涂层与基体间原子的自扩散和互扩散机制,借助于电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）以及X射线衍射分析等方法,分析了在加热过程中涂层的组织结构变化、铝化物扩散层的形成以及元素的扩散规律和相互影响。试验结果表明:在800～900℃加热时,涂层中的铝向铜基体方向扩散,基体中的铜又反向扩散到涂层中,最后形成的铝化物扩散层由铜铝金属间化合物Cu9Al4和α-Cu固溶体两相组成。渗层由表面层和扩散层两部分组成,层间结合良好。在热喷涂过程中,熔滴处于过热状态,且在空气中充分氧化,当它们以高速撞击到工件表面后,被击扁,形成具有层状结构的涂层组织。基体中的铜原子进入铝涂层形成表面渗层,表面渗层中遗留了原涂层的氧化物和孔洞。铝原子向铜基体的扩散形成组织紧密的内扩散层。在同样的扩散处理条件下,试件喷涂的铝涂层越厚,加热处理时间越长形成的渗层厚度越大,渗层中平均铝含量越高。由于扩散层具有很高的铝含量,在高温环境下可提供充足的铝原子供应,保证在表面形成与基体粘附性良好,产生连续抗氧化性的Al2O3膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝的抗氧化作用及使用过程中的消耗
• 1.2.1 铝的抗氧化能力及应用
• 1.2.2 铝涂层的耗损
• 1.3 热喷涂技术和热喷涂的应用
• 1.3.1 热喷涂技术的国内外发展现状及趋势
• 1.3.2 热喷涂工艺的特点
• 1.3.3 热喷涂技术的种类
• 1.4 本课题研究的目的与意义
• 第二章 热喷涂及热处理试验
• 2.1 试验材料的选择及试样制备
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 电弧喷涂设备的组成
• 2.2.2 电弧喷涂设备的调试
• 2.2.3 电弧喷涂预处理及工艺参数
• 2.3 热喷涂扩散试验
• 第三章 热喷涂扩散试验结果
• 3.1 加热扩散试验结果
• 3.2 加热扩散现象的初步分析
• 第四章 连续氧化和腐蚀试验
• 4.1 连续氧化试验
• 4.2 热腐蚀试验
• 4.3 连续氧化试验不同氧化时间试件表面形貌
• 4.4 腐蚀实验不同时间试件表面形貌
• 第五章 铜表面铝化物层的形成机理与微观结构分析
• 5.1 铝化物层的制备与工艺
• 5.1.1 铝化物层的制备
• 5.1.2 铜铝合金层的形成的机制
• 5.1.3 工艺参数对铝化物层形成的影响
• 5.2 铜铝合金层的组织结构
• 5.2.1 铜铝合金层的构成
• 5.2.2 铜铝合金层的微观组织
• 5.3 铜铝合金层的高温化学性能
• 5.3.1 铜铝合金层的高温氧化性能
• 5.3.2 铜铝合金层的热腐蚀性能
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢