AISI-304不锈钢扩散渗硅层组织研究

利用热场发射电镜研究AISI-304奥氏体不锈钢表面在用粉末包埋法热扩散处理获得的渗硅层的微观组织和精细结构。结果表明,在1050℃扩散处理6h,γ相不锈钢的渗硅层厚度可达60μm以上,渗硅层组织由高硅表面和α相扩散区组成,在α相扩散层中由表及里出现了不同形貌的类调幅组织,由表及里逐渐细化,其形貌从交叉织纹状到正交片状和交叉短杆状过渡。在扩散层中部为单一的砌块状DO3(Fe3Si型)有序转变产物,深部为纳米级细晶粒,至γ相基体前晶粒更加细小。微观成分分析表明,渗硅层的微观结构与硅的浓度梯度密切相关。     

渗硅奥氏体不锈钢的组织和性能研究

采用硅粉作渗剂,在850℃、900℃和950oC对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了不同时间的渗硅处理。通过金相试验、XRD和硬度试验等研究了渗硅层的组织、渗层深度、硬度和抗氧化性能。结果表明,1Cr18Ni9Ti钢均获得了致密的渗硅层,渗层主要由Fe3Si相以及少量的FeSi相组成,其中夹杂着黑色粒状物。渗层深度随着渗硅温度的提高而增厚,并与渗硅时间的平方根成正比;稀土催渗剂可以明显提高渗硅层深度。渗硅显著提高了不锈钢的表面硬度及抗氧化性能。     

固体渗硅制备的Fe-6.5 mass％Si合金的组织演变与磁性能

对3 mass％冷轧硅钢板材进行固体渗硅和扩散退火处理,采用扫描电镜和X射线衍射仪等研究了其组织、物相和板材厚度方向Si成分的演变,并对其在不同频率下的铁损进行分析.结果表明:经过850℃的固体渗硅后,可在板材上制备出致密的化合物层,化合物层由表面的FeSi相层和邻近的Fe3Si相层构成;随着渗硅时间的增加,FeSi相层厚度不变,Fe3Si相层厚度增加;当板材心部完全形成Fe3Si相后,FeSi相层厚度开始增大.在扩散退火过程中,板材表面化合物层中Si向心部扩散,最终形成Si沿厚度方向均匀分布的、由单一α-Fe相构成的Fe-6.5 mass％Si合金.在较低的频率(1000 Hz)下,Fe-6.5 mass％Si合金的铁损高于3 mass％硅钢;在中等频率下(1000～20000 Hz),二者铁损接近;在较高的频率下(＞20000 Hz),Fe-6.5 mass％Si合金的铁损小于3 mass％硅钢,频率越高差异越大.     

机械能助渗硅的研究

开发研究了机械能助渗硅工艺 ,将渗硅温度由常规工艺的 950～ 1 0 50℃降低到 480～ 540℃。用自己研制的渗硅剂 ,在540℃× 4h得到 60 μm的渗硅层。渗硅层表面硬度为 70 0HV0 .1 ,由外向里 ,逐渐降低到其基体硬度。渗硅层表面为Fe3Si相 ,组织致密 ,未发现明显的孔隙 ,能实现无孔渗硅 ,满足耐蚀性要求。渗硅层的硅含量 (质量分数 )为 1 8%左右 ,略高于常规工艺所得渗层的硅含量。机械能助渗硅的渗硅温度低 ,渗硅时间短 ,节能效果十分显著 ,产品质量明显提高 ,且设备投资少 ,原料来源广泛 ,成本低廉 ,将为渗硅在耐蚀性方面的应用提供广阔的前景。     

铌表面熔盐脉冲电沉积渗硅的扩散研究

采用熔盐脉冲电沉积方法在纯铌表面制备出渗硅层,对渗层的组织、成分及物相进行了检测,并对渗硅过程中硅的扩散行为进行研究。结果表明,渗硅层晶粒细小,无明显裂纹,均匀整齐,与基体结合紧密。渗硅层由单相Nb Si2组成。渗硅层厚度与沉积时间成抛物线关系,根据二者关系式计算出不同沉积温度下硅的扩散系数,并拟合得出脉冲电沉积时硅在铌基体中的扩散激活能为162 k J/mol。     

0Cr18Ni9钢表面熔盐法渗硅层的组织与性能

利用摩尔比为NaCl:KCl:NaF=2:2:1的碱金属卤化物混合体系做载体,等摩尔比的Na2SiF6和Si粉作渗硅剂,在900 ℃下利用熔融盐法对0Cr18Ni9不锈钢进行了渗硅处理.采用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)附件的扫描电子显微镜(SEM)研究了渗层截面的物相组成、成分,显微形貌及渗硅层的形成机理.结果表明,900 ℃下保温3 h渗层厚度在250 μm以上,渗层物相为富含Cr、Ni合金元素的Fe,Si型金属间化合物,渗层中Si的含量为6.75 wt%,Cr的含量仅为其在基体中含量的50%左右,Ni在基体和渗层中的含量相当,渗层表面致密,硬度在700 HV左右,远高于基体硬度200 HV.     

CeO2对铌硅基超高温合金硅化物渗层组织及抗氧化性能的影响

采用Si-CeO2包埋共渗工艺于1 150℃在铌硅基超高温合金表面制备Si-Ce共渗层,分析渗剂中CeO2粉含量对共渗层组织、相组成及高温抗氧化性能的影响。结果表明:Si-Ce共渗层的组织、结构与单独渗硅层的相似,由(Nb,X)Si2(X表示Ti、Hf和Cr)外层、(Ti,Nb)5Si4过渡层和富Al扩散层组成。EDS分析结果表明,Ce在共渗层中的分布不均匀,而在由原基体合金中的(Nb,X)5Si3块转变而成的富Hf(Nb,X)Si2相中含量较高。渗剂中添加CeO2不仅起到了细化渗层组织的作用,而且起到了明显的催渗作用,当渗剂中CeO2粉含量为3%(质量分数)时催渗效果更显著。Si-Ce共渗层及单独渗硅层经1 250℃氧化50 h后的氧化膜均主要由TiO2与SiO2组成。但Si-Ce共渗层试样的氧化膜中TiO2棒更细小,并且在SiO2基体中的分布也更均匀,因而能显著改善氧化膜的粘附性与致密性,进而提高Si-Ce共渗层的高温抗氧化性能。     

异步轧制硅钢表面纳米结构稳定性与渗硅行为

对3%无取向硅钢进行异步轧制以实现表面纳米化,分别在真空和渗硅条件下进行不同参数的热处理,研究显微组织、物相和成分的演变.结果表明:经过速比为1.31,轧制道次为20,总压下量为91%的异步轧制后,板材表面形成了尺寸为10~20 nm,取向呈随机分布的纳米晶;在真空下升温,表面纳米晶的再结晶温度明显提高;在渗硅剂(Si粉+1%(质量分数)卤化物)中升温,表面纳米晶的再结晶温度因外部Si原子沿着缺陷的快速扩散而进一步提高,使得纳米晶界面能够在更高的温度下(750℃)发挥扩散通道作用,促进Si原子的扩散,并在显著地降低保温时间和(作为催化剂的)卤化物含量的同时获得致密的渗Si层.     

渗硅制备6．5％Si硅钢表面Fe-Si过渡梯度层的特性

在KCl-NaCl-NaF-(SiO2)熔盐体系中,以含硅3%(质量分数)的硅钢为阴极,石墨为阳极,将电沉积硅和在硅钢基体上渗硅同时进行,制备了Fe-Si梯度层,并对梯度层的特性进行了分析.结果表明:梯度层中硅含量呈3种不同的变化规律,在靠近试样表而的部分,硅含量沿深度下降率较大;在梯度层中间部分,硅含量基本保持不变;在梯度层靠近基体一侧,硅含量的下降率介于前两者之间;梯度层中,以Fe3Si、FeSi、Fe5Si3和Fe构成的厚度占整个梯度层厚度的比率最大;梯度层沿基体一侧向表而的物质组成变化规律为Fe3Si+FeSi+Fe→Fe3Si+FeSi+Fe5Si3+Fe→Fesi,且各物质的量随硅含量的变化而变化;温度对梯度层中各物质含量的变化规律影响不大.     

AISI304不锈钢表面硅化物渗层的制备与抗氧化性能

采用ω（NaCl）∶ω（KCl）∶ω（NaF）=2∶2∶1（摩尔比,下同）的中性熔融盐作为载体,ω（Na2SiF6）∶ω（Si）=8∶2粉末做为渗硅剂,800℃下渗硅10 h可实现在AISI 304不锈钢表面形成厚度约500μm的富含Cr、Ni合金元素的Fe3Si型硅化物渗层。采用X射线衍射仪（XRD）分析了渗硅层的物相组成,用附带能量色散谱仪（EDS）附件的扫描电子显微镜（SEM）研究了渗层截面的形貌和成分。结果表明,渗层以Fe3Si相为主,Cr在渗层中含量低于其在304不锈钢基体中含量,而Fe和Ni在基体和渗层中的含量大致相当。Fe3Si型硅化物渗层在800℃和900℃下的氧化动力学均遵从二次抛物线规律。AISI 304不锈钢渗硅层在800℃下的抗氧化性能略优于不锈钢基体,而在900℃下AISI 304不锈钢发生灾难性破坏,硅化物渗层表现出比其在800℃下更为好的抗氧化性能。900℃下Cr和Si元素发生上坡扩散最终在渗硅层表面形成富含SiO2和Cr3O4的复合氧化膜是其优异抗氧化性能的原因。     

AISI304不锈钢表面Fe3Si型硅化物渗层的制备及渗硅机理

以n(NaCl)∶n(KCl)∶n(NaF)=2∶2∶1碱金属卤化物混合体系做载体,采用不同摩尔比的Na2SiF6和Si粉作渗硅剂,在800℃下利用熔融盐法分别对AISI 304不锈钢进行渗硅处理.采用X射线衍射仪(XRD)分析渗硅层的物相组成,用附带能量色散谱仪(EDS)附件的扫描电子显微镜(SEM)研究渗层截面的形貌和成分,分析熔盐法渗硅层的形成机理.结果表明:融盐中SiF62-的浓度决定渗层中Si元素的含量,由于SiO2在融盐体系中的溶解,融盐中SiF62-得到补充,渗层中Si元素的含最进一步提高.     

纯镍渗硼硅处理工艺及组织性能研究

采用粒状渗剂分别在渗硼硅温度为850、900、950℃,保温时间为2、8 h的工艺参数下对纯镍表面进行固体渗硼硅处理。用光学显微镜(OM)对渗层横断面进行了显微组织观察,用显微硬度计测试渗层的硬度分布,用M200型磨损试验机研究未渗硼硅和渗硼硅纯镍的耐磨性,采用循环氧化试验研究未渗硼硅和渗硼硅纯镍的抗高温氧化性。结果表明,纯镍渗硼硅后,渗层为硅化物层和硼化物层,且硅化物和硼化物的显微硬度都大于基体硬度,渗层厚度随着渗硼硅时间和温度的增加而增加,其范围约为36~237?m,用X射线衍射仪(XRD)分析出渗层为硼化物层(Ni2B)和硅化物层(Ni3Si、Ni5Si2和Ni2Si)。磨损试验结果表明渗硼硅后试样的耐磨性得到提高。抗高温氧化试验结果显示未渗硼硅纯镍试样抗高温氧化性优于渗硼硅后纯镍试样。     

Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面粉末渗硅层精细

采用固体粉末渗硅法在Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面获得了致密的渗层,应用SEM和EDS等方法分析了渗硅层及其精细结构。结果表明。用w（Si）=70％的硅铁粉末为基体,二氧化硅为松散剂,氟化钠为活化剂,在1050℃密封扩散处理4-6h,可在Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面获得厚度在50μm以上的渗硅层,渗层结构致密,其精细结构为调幅分解产物,由表及里的精细程度与硅原子的梯度分布有关。     

AISI304表面硅化物渗层的制备及其900℃循环氧化性能研究

采用NaCl:KCl:NaF=2:2∶1(摩尔比)的中性熔融盐作为载体,Na2SiF6∶ Si=8:2粉末做为渗硅剂,以SiO2为助渗剂,800℃下渗硅5h可实现在AISI 304不锈钢表面形成厚约600 μm的富含Cr、Ni合金元素的Fe3Si型硅化物渗层,研究了渗层在900℃下的循环氧化行为.采用X射线衍射仪分析了渗层和氧化膜的物相组成,用附带能量色散谱仪附件的扫描电子显微镜研究了渗层和氧化膜截面的形貌和成分.结果表明,渗层为以Fe3Si相为主,Cr在渗层中含量低于其在304不锈钢基体中含量,而Fe和Ni在基体和渗层中的含量大致相当.氧化动力学遵从二次抛物线规律;Cr和Si元素发生上坡扩散形成以SiO2和Cr2O3为主的内层氧化膜,外层氧化膜以Fe2O3为主,这种复合氧化膜是渗层具有优异抗氧化性能的原因.     

Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面粉末渗硅层精细结构研究

采用固体粉末渗硅法在Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面获得了致密的渗层,应用SEM和EDS等方法分析了渗硅层及其精细结构.结果表明,用w(Si)=70%的硅铁粉末为基体,二氧化硅为松散剂,氟化钠为活化剂,在1050℃密封扩散处理4～6 h,可在Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面获得厚度在50 μm以上的渗硅层,渗层结构致密,其精细结构为调幅分解产物,由表及里的精细程度与硅原子的梯度分布有关.     

无孔隙固体渗硅

渗硅是一种提高钢铁零件耐腐蚀性特别是在侵蚀性介质中工作的零件耐腐蚀性的方法。在零件表面上获得致密无孔隙的渗硅层时其抗蚀性提高。因此,在钢件上得到无孔隙的渗硅层乃是完成这一工艺过程的最重要任务之一。文献[1,2]中的分析表明,在大多数场合下,用接触法渗硅(粉末渗硅)时,在渗硅的表面上形成脆性表层,它由硅浓度高的α′相(Fe_3Si)构成。该层与其内层的     

高硅不锈钢的流化床渗硼处理

利用流化床法对高硅不锈钢进行了渗硼处理.借助X射线衍射、GDS和EPMA分析了渗硼层.对渗硼处理高硅不锈钢的高温显微硬度、在空气中的干摩擦和耐磨性,以及在3%食盐水中的耐腐蚀磨损性进行了调查研究.研究结果如下(1)渗硼高硅不锈钢的努普硬度为2000HK.渗硼层由FeB和Fe2B所组成.(2)发现被排斥于硼化物之外的Si、Ni和Cu富集于渗硼层下面.(3)渗硼处理大大提高了高硅不锈钢的高温显微硬度.(4)渗硼处理改善了高硅不锈钢在空气中相对于SUJ2、SUS304和Al2O3的干耐磨性,但干摩擦特性改善不大.(5)渗硼处理改善了高硅不锈钢在3%食盐水中对Al2O3的耐腐蚀磨损性.     

占空比对铌表面熔盐脉冲电沉积渗硅的影响

采用熔盐脉冲电沉积方法在纯铌表面制备出渗硅层。研究了占空比对渗硅层成分、沉积速率、组织和相结构的影响,并考察了渗硅层的高温抗氧化性。结果表明,渗硅层成分不受占空比影响。随占空比的增大,渗硅层晶粒由细小变得粗大,渗硅层组织致密、平整。占空比对渗硅层相结构无影响,均由单相Nb Si2组成,并在(110)和(200)晶面上具有择优取向。Nb Si2渗硅层使得纯铌的高温抗氧化性能得以提高。     

渗硅制备Mo-MoSi_2梯度材料层的特性

以Mo为基体,利用KCl-NaCl-NaF-(SiO2)熔盐体系电沉积出的硅作为渗硅硅源,电沉积硅和在Mo基体上渗硅同时进行,制备Mo-MoSi2梯度材料.以实验结果和理论计算为依据,对梯度层的特性进行了分析.结果表明:梯度层硅含量呈3种不同的变化规律,在靠近试样表面部分,硅含量沿深度下降率较大,在梯度层中间部分,硅含量基本保持不变,在梯度层靠近Mo一侧.硅含量的下降率介于前两者之间;梯度层中,以Mo、Mo3Si、Mo5Si3 3种物质构成的厚度占整个梯度层的比重最大;梯度层沿Mo基体一侧向表面的物质组成变化规律为:Mo→Mo5Si3+Mo3Si+Mo→Mo5Si3+MoSi2→MoSi2,并且各物质所占的比重随硅含量的变化而变化.     

CeO2对渗Si层组织和耐磨性能的影响

采用料浆包渗法,以SiO2粉为Si源,纯Al粉为还原剂,NaF和NH4Cl作为复合活化剂,Al2O3为惰性添加剂,蛋白质(鸡蛋清)为粘结剂,在Cu表面预先镀Ni层随后900℃、12h表面渗Si,制备渗Si层.分别研究了CeO2和Al粉含量对渗Si层组织和摩擦性能的影响.结果表明:当铝粉含量20％时,CeO2含量由3％增加到6％,渗层组织为Ni2Si+ NiSi相;当CeO2含量6％时,铝粉含量由20％增加到30％,渗层组织变化过程:Ni2Si+ NiSi→NiAl→Ni2Al3相,包渗过程由渗硅向渗铝转变;两种渗层的最小摩擦系数都约为纯铜的1/5.