热浸镀铝硅镀层微观组织结构表征

目的 研究热成形钢热浸镀铝硅镀层的微观组织与物相组成.方法 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析铝硅镀层表面与截面的微观组织形貌与成分,利用X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射技术(EBSD)分析铝硅镀层的物相组成与比例.结果 热浸镀铝硅镀层表面由富Al相、少量的富Fe相以及树枝晶网状分布的高Si相构成,截面是由内外两层组成,其靠近铁基体的内层为Fe-Al-Si合金层,外层为Al-Si层.进一步的研究显示,Al-Si层由富Al相、少量的富Fe相以及柱状分布的高Si相构成,高Si相主要存在于合金层与铝硅层界面以及Al-Si层中.结论 热浸镀铝硅镀层中富Al相、富Fe相、高Si相和Fe-Al-Si三元合金层的物相分别为Al、Al13Fe4、Si和Al8Fe2Si.对热浸镀铝硅镀层中高Si相的研究显示,分布于合金层与铝硅层界面处的高Si相,可以有效阻碍镀层的生长,而分布于铝硅层中的高Si相在空间中以立体网状骨架的结构形式存在,这种立体网状结构形式作为镀层的主体框架,可以有效地提高镀层的强韧性和成形性能.     

22MnB5热成形钢铝硅镀层的制备工艺及抗氧化性能研究

随着汽车工业对轻量化和安全性要求的提高,热成形高强钢在汽车领域的应用越来越广泛。针对22MnB5钢在热成形过程中表面易氧化和脱碳的问题,通过热浸镀Al-Si镀层提高热成形钢的抗高温性能。结果表明:当浸镀温度为700℃、浸镀时间为5 s时,22MnB5钢表面Al-Si镀层厚度约为40μm,其中Al-Si镀层截面组织由铝基固溶体、Fe-Al-Si三元合金和Fe-Al二元合金相三层组成。相比于原始钢板,热浸镀Al-Si镀层的22MnB5钢的抗高温氧化能力大幅改善,在900℃保温时其氧化增重速率约为0.11g/(m2·min)。     

钢板奥氏体化加热后Al-10wt%Si镀层的相及硬度变化

用FE-SEM及EDS对Al-10wt%Si镀层相构成进行了研究,并测量了镀层的显微硬度。结果表明,常规奥氏体化加热后,Al-10wt%Si镀层形成Fe-Al相和Fe-Al-Si相。随加热温度升高,镀层中的Si富集于基体/镀层界面、镀层表面和镀层中间;1050℃加热后镀层中无Si的富集,Kirkendall漏洞将镀层分为内外两层,外层为FeAl,内层为Fe3Al;镀层厚度随着加热温度的升高大幅增加;常规温度加热后镀层硬度较高,超高温1050℃加热后镀层硬度大幅降低。     

1 500 MPa级铝硅镀层热成形钢的试制及质量评价

为开发1 500 MPa级铝硅镀层热成形钢,采用连退模拟器模拟了5种退火涂镀工艺,采用拉伸试验机、金相显微镜检测样板力学性能、金相组织及镀层组织,以确定最优退火、涂镀工艺;针对试验中的漏镀缺陷,分析了其产生原因。结果表明,在带钢运行速度为80 m/min,加热温度为770 ℃,快冷温度为650 ℃的工艺下,铝硅镀层CR1000/1500HS+AS带钢力学性能最优;退火炉内加热段露点温度低是产生漏镀缺陷的根本原因,为此将加热段露点调整为-10~-20 ℃,解决了漏镀问题。取成品样板进行模拟热冲压试验,冲压后性能合格,组织全部为马氏体,无脱碳层;镀层裂纹未延伸至基体,满足用户对镀层质量的要求。     

园林钢护栏的表面镀层与耐蚀性能研究

对园林钢护栏进行表面热浸镀铝处理,观察热浸镀层的表面和截面形貌,研究扩散退火对镀层形貌、物相、成分和耐腐蚀性能的影响。结果表明,扩散退火前钢护栏表面镀层较为致密、均匀,镀层与基体界面结合良好,未发现有显微裂纹或者孔洞缺陷,外表层为富Al层,次表层为Fe-Al合金层。扩散退火后,表面镀层发生了Fe、Al元素的扩散,镀层表层的氧化物为Al_2O_3,而镀层内层主要为FeAl。经过扩散退火处理后,镀层的耐腐蚀性能明显提高。     

铝/钢预置Cu镀层激光搭接焊接头组织及力学性能

为研究以预置Cu镀层为中间层的铝/钢异种金属的激光焊接行为,在6061铝合金与DP590双相钢2种母材表面电镀Cu层,对预置Cu镀层的6061铝合金与DP590双相钢进行了激光搭接焊。利用扫描电镜、能谱仪、拉伸试验及显微硬度试验对接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明,0.5 mm等厚的6061铝合金/DP590双相钢的预置Cu镀层激光搭接焊的优化工艺参数为激光单脉冲能量为10 J,脉宽为6 ms,频率为15 Hz,Cu镀层厚度为60μm,铝/钢搭接焊缝的抗拉强度为59.8 MPa。预置Cu镀层起到了阻隔作用,能够减弱铝/钢的直接扩散,有效抑制了Fe-Al硬脆性金属间化合物的形成,提高了焊缝的抗拉强度,降低了焊缝显微硬度。随着预置Cu镀层厚度的增加,铝/钢焊缝的熔合界面变得更为光滑。     

铝/钢预置Cu镀层激光搭接焊接头组织及力学性能

为研究以预置Cu镀层为中间层的铝/钢异种金属的激光焊接行为,在6061铝合金与DP590双相钢2种母材表面电镀Cu层,对预置Cu镀层的6061铝合金与DP590双相钢进行了激光搭接焊。利用扫描电镜、能谱仪、拉伸试验及显微硬度试验对接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明,0.5 mm等厚的6061铝合金/DP590双相钢的预置Cu镀层激光搭接焊的优化工艺参数为激光单脉冲能量为10 J,脉宽为6 ms,频率为15 Hz,Cu镀层厚度为60 μm,铝/钢搭接焊缝的抗拉强度为59.8 MPa。预置Cu镀层起到了阻隔作用,能够减弱铝/钢的直接扩散,有效抑制了Fe-Al硬脆性金属间化合物的形成,提高了焊缝的抗拉强度,降低了焊缝显微硬度。随着预置Cu镀层厚度的增加,铝/钢焊缝的熔合界面变得更为光滑。 创新点： 采用脉冲激光焊对预置Cu镀层的6061铝合金和DP590双相钢进行搭接焊,预置Cu镀层能够控制合金元素对铝/钢焊缝质量的影响,有效提高铝/钢搭接焊缝的力学性能。     

温度对热浸铝及后续扩散中镀层的影响

采用热浸镀铝法在不锈钢表面制备铁铝镀层并分析了镀层的组织结构及其影响因素。结果表明：热浸镀纯铝后,镀层由表面铝层和合金层组成,层间结合紧密,镀层较厚。随浸铝温度的升高,外层铝层减薄,而内层合金层明显增厚,镀层总厚度并没有太大差异,在800℃时镀层质量最为优异。在热扩散实验时,900℃时形成的扩散层质量最佳,为韧性相FeAl固溶体和a-Fe（Al）固溶体,镀层中没有孔洞及裂纹生成,为理想的过渡层材料。     

硅含量对铝硅热浸镀层耐高温氧化性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了镀层加热过程中的组织变化及镀层的高温氧化性能,并对铝硅镀层的氧化机理进行了分析。结果表明,引起热浸镀铝(铝硅)镀层失效的主要原因是镀层中小孔的形成和生长,小孔形成于与基体接触的最内层合金层之间,随着加热时间的增长,小孔慢慢聚集成孔群,进而形成大的孔洞;镀层高温氧化失效的直接原因是孔洞导致合金层产生微裂纹,氧气通过微裂纹贯穿合金层,使镀层丧失保护作用从而失效;在850℃下,随着硅含量增高,合金层厚度变薄,更容易在合金层中产生微裂纹,抗高温氧化能力减弱。     

宝钢股份：突破铝硅镀层热成形钢激光焊接技术壁垒

正不久前,在德国举办的宝钢技术秀上,宝钢激光拼焊公司全球首次发布了铝硅镀层热成形钢焊接新技术。该技术创新了1500兆帕与1500兆帕铝硅镀层热成形钢间的焊接工艺和技术,可直接对带镀层钢板进行激光焊接,无需去除热成形钢的铝硅镀层,突破了相关专利技术的壁垒。铝硅镀层热成形钢具有优良的抗高温氧化性,热冲压成形时钢板表面不受氧化,广泛应用于制造热成形零件,但镀层中高的成分进入     

加热温度对Al-Si涂层热成形钢组织及性能的影响

利用粗糙度仪、扫描电镜、硬度计、辉光放电原子发射光谱仪等检测方法,研究分析了热冲压成形工艺过程中的加热温度对Al-Si涂层22MnB5热成形钢组织及性能的影响。结果表明,随着加热温度的升高,Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量逐渐增大,O沿垂直于表面方向由Al-Si涂层表面向热成形钢基体的迁移量逐渐增大,且迁移的最大深度约为2.80 μm。Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量直接决定了Fe-Al-Si相的形态、生成位置及界面结合层厚度。随着加热温度的升高,Al-Si涂层表面粗糙度R_a、峰值计数R_pc值先增大后减小;当加热温度为930 ℃时,涂层表面粗糙度R_a达到最大值1.89 μm,峰值计数R_pc值达到最大值218。随着加热温度的升高,Al-Si涂层总厚度从27.78 μm增加至40.46 μm,界面结合层厚度从1.08 μm增加至15.11 μm。当加热温度为930 ℃时,热成形钢基体的硬度达到最大值505 HV0.2。     

GH738合金表面Al-Si渗层的制备及其抗氧化行为

采用热扩散法在GH738合金表面制备出Al-Si渗层。通过X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)分析了Al-Si渗层形貌、厚度、物相组成和元素分布;采用显微维氏硬度计测定了渗层的硬度;采用静态增量试验方法,在1200℃,对Al-Si渗层试样和GH738镍基合金基体进行了100 h的恒温抗氧化性能测试。结果表明,Al-Si渗层厚度可达120μm,渗层为明显的双层结构,外层为Al-Si层,内层为互扩散层;渗层物相组成主要为NiAl和Ni₂Al₃以及少量Cr₃Si;渗层表面硬度达到900 HV0.1左右,约为基体的3.5倍;Al-Si渗层氧化动力学曲线满足抛物线规律,氧化速率常数为0.0987 mg²·cm^-4·h^-1,表面形成比较致密的Al₂O₃保护膜,其高温抗氧化性能较基体提高了约5倍。     

An investigation of pack-aluminide coating on steel

Aluminide coatings are known to protect steels from oxidation and corrosion in hydrocarbon and sulfur-bearing atmospheres. Pack cementation is ideally suited for forming these coatings on small intricate components, wherein a diffused layer is formed which is well bonded to the substrate. Even though pack aluminide coated steels are being commercially used, there has not been any systematic investigation of the factors that control the coating formation. The present investigation has been carried out to define the boundary conditions under which diffusion in the solid phase determine the coating kinetics. The effect of pack activity and temperature on the structure and kinetics of aluminde layer formation on EN-3 steel has been investigated. The coating characteristics were evaluated by metallography, EPMA, X-ray diffraction, and scanning electron microscope (SEM). Oxidation resistance of the coated samples were compared to that of 304 stainless steel after heating in air at 900°C for 72 h. The surface aluminum composition was found to be about 20% by weight which remained constant with time in the temperature range of 750°C–900°C. Weight gains and layer thicknesses obeyed parabolic relationship with time at all temperatures. Under these conditions, the system constitutes a vapor-solid diffusion couple. Interdiffusion coefficient values in the Fe-Al system have been determined, and the activation energy has been calculated to be 57 Kcals/mole, which agrees well with the literature values.     

渗硼处理对H13钢碳化铬覆层抗铝液侵蚀性能的影响

将未处理H13钢、热反应扩散(TRD)法渗铬试样及铬硼复合渗(TRD渗铬+TRD渗硼)试样浸入熔融铝液进行热浸铝试验。对渗铝试样截面进行显微观察及渗铝层定点成分分析。结果表明:相同热浸铝条件下,单一碳化铬覆层的浸铝层厚度与未处理H13钢相当,即单独渗铬并不能提升H13钢抗铝液侵蚀能力。而硼铬复合处理试样浸铝层厚度为单一碳化铬覆层的67%,渗硼处理的应用能够有效提高TRD碳化铬覆层抗铝液侵蚀能力。试样经热浸铝后渗铝层Fe-Al金属间化合物成分主要为Fe₂Al₅。     

CLAM钢表面铝化物涂层的制备与铅液相容性研究

目的探索铝化物涂层的制备工艺,研究其是否能有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。方法用配制的渗剂对CLAM钢进行包埋渗铝,并通过随后的热扩散和原位氧化处理,在CLAM钢表面制备铝化物涂层,研究不同渗铝时间和热扩散时间对涂层厚度的影响。通过静态氧化试验和铅液腐蚀试验,分别评价铝化物涂层的抗氧化性能及其与铅液的相容性,采用XRD、SEM和EPMA分析涂层的相组成以及铅液腐蚀前后的微观形貌和元素分布。结果包埋渗铝+热扩散+原位氧化处理制备的铝化物涂层主要由约30μm的FeAl相层和约70μm的α-Fe(Al)固溶体层组成。在热处理过程中,由于Al和Fe的互扩散现象,涂层中的Fe-Al相依次经过了Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl、Fe₃Al和α-Fe(Al)的转变。在600℃空气中静态氧化120 h后,铝化物涂层试样氧化质量增量为0.028 mg/cm²,比CLAM钢的氧化质量增量降低了1个数量级,铝化物涂层使CLAM钢的氧化动力学曲线由直线规律转变为抛物线规律。经550℃铅液腐蚀600、1800 h后,铝化物涂层的腐蚀质量增量分别为0.058、0.077 mg/cm²,仅约为CLAM钢的1/120。CLAM钢表面产生了疏松多孔的铁氧化物层,而铝化物涂层没有发生明显的腐蚀,但是腐蚀1800 h后,随着表面铝含量的不断消耗,Al₂O₃层厚度逐渐减小。结论铝化物涂层具有良好的抗氧化性能及与铅液的相容性,能够有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。     

奥氏体化过程中热冲压钢Al-Si镀层的组织演化

利用差示扫描量热仪、场发射电子探针和激光共聚焦显微镜研究了22MnB5热冲压钢奥氏体化过程中Al-Si镀层的组织演化。镀层板升温过程中,Al-Si镀层在570 ℃左右熔化;由于温度较低,Al、Fe、Si原子的扩散受到Fe₂SiAl₇阻挡。当温度升到610 ℃左右时,扩散到镀层的Al原子增多,使得Fe₂Al₅进一步生长;Si原子向基体和镀层外表面扩散,由于Fe₂Al₅溶解Si原子能力弱,因此在Fe₂Al₅晶界处形成一层沉淀物FeSiAl₂,其余的Si原子就扩散在镀层表面形成Fe₂SiAl₇。750 ℃时,Al原子扩散到基体中形成了Fe₃Al;镀层中的Fe原子增加使Fe₂Al₅和FeAl₂不断生长;由于Fe₂Al₅和FeAl₂相中Si原子的溶解度低,因此会在晶界处形成Fe₃SiAl₅沉淀物;与Fe₂Al₅、Fe₃SiAl₅、Fe₃Al相比,FeAl₂相的生长速度更快,所占Al-Si镀层整体体积最大,这是因为FeAl₂正交晶格中沿c轴的高空位率(30%)导致了FeAl₂相的生长动力学更强。     

Al-Si涂层在900℃硫酸盐中的热腐蚀行为

采用料浆法在Ni基高温合金上制备了Al-Si扩散涂层，研究了表面涂覆75mass%Na2SO4+K2SO4盐膜的基体合金和Al-Si涂层在900℃空气中的热腐蚀行为.结果表明，铸态合金遭受了灾难性的热腐蚀，合金出现严重的内硫化和内氧化，而Al-Si涂层由于表面生成致密的、保护性Al2O3膜，以及涂层中Cr元素和一些富Si相的有益作用而表现出优异的抗热腐蚀性能.  