渗铝氧化处理对CLAM钢组织和力学性能的影响

采用合适的渗铝氧化处理工艺在CLAM钢基体表面制备了铝化物涂层,然后利用XRD、EPMA、SEM、纳米压痕仪、室温拉伸试验机等手段研究了渗铝氧化处理前后组织和力学性能变化,尤其是涂层的相组成变化,进而详细分析了硬度变化和拉伸断口的断裂机制。结果表明,渗铝氧化处理后在CLAM钢表面形成了由约30.8 μm厚的FeAl相层和约70.7 μm厚的α-Fe(Al)固溶体层组成的铝化物涂层,最外层FeAl相的硬度最大为834.7 HV,由外向内硬度逐渐降低至315.1 HV,基体内部的硬度出现略微回升。CLAM钢在渗铝氧化前后的抗拉强度分别为581.38 MPa和555.83 MPa,断后伸长率分别为30%和28%,断裂模式由渗铝氧化前的韧性断裂变成准解理断裂。由于渗铝及氧化热处理导致的晶粒尺寸增大和第二相粒子聚集,CLAM钢在渗铝氧化后拉伸性能下降,同时在表面涂层处易产生裂纹源从而加速材料断裂。     

Super304H钢表面铝扩散涂层的组织结构和抗蒸汽氧化性能

目的以Super304H钢为基体制备铝扩散涂层,提高其抗蒸汽氧化性能。方法通过料浆渗铝的方法在Super304H表面制备铝扩散涂层,采用不连续称重法对渗铝Super304H在650℃纯水蒸气中的氧化动力学进行研究,并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对铝扩散涂层以及氧化膜的物相组成和微观组织结构进行表征和分析。结果渗铝过程中,料浆层中的Al向Super304H基体内扩散,而基体中的Fe向外扩散,形成接近化学平衡配比的FeAl外层和贫Al的FeAl中间层。Al不断通过FeAl层向奥氏体(γ)基体中扩散,使得基体中Al的浓度升高,当Al的浓度增加至临界值时,导致局部区域析出NiAl,后者的形核和长大进一步加剧其周围基体中Ni的贫化。随着γ基体中Ni元素含量的持续降低及Al含量持续升高,γ基体将变得不稳定,并逐步转变为铁素体(α-Fe),最终形成由α-Fe和弥散分布其中的NiAl相组成的互扩散层。在FeAl中Cr元素和水蒸气分子的共同作用下,铝扩散涂层在650℃纯水蒸气中形成连续致密且与基体结合紧密的α-Al_2O_3膜,显著地降低了Super304H的氧化速率。结论采用料浆渗铝法,可在Super304H钢表面制备出三层结构的铝扩散涂层,由外到内依次为FeAl外层、贫Al的FeAl中间层、由α-Fe和弥散分布其中的NiAl组成的互扩散层。这种结构的铝扩散涂层在650℃纯水蒸气中可形成α-Al_2O_3膜,降低Super304H的氧化速率,提高其抗蒸汽氧化性能。     

CLAM钢焊缝在550℃流动的铅铋合金中的腐蚀行为

为了研究中国低活化马氏体(CLAM)钢TIG焊缝在流动的铅铋共晶合金(LBE)中的腐蚀行为,对CLAM钢TIG焊缝及母材在550 ℃,不同相对流速(1.70,2.31,2.98 m/s)的LBE中进行1 500 h的腐蚀试验. 结果表明,腐蚀试样表面均存在双层结构的氧化层,外氧化层由疏松的Fe₃O₄组成,内氧化层由致密的(Fe, Cr)₃O₄组成;随着LBE相对流速的增加,提高了CLAM基体材料中的Fe,Cr元素向LBE中的溶解速率和LBE中的O元素向CLAM基体材料中的扩散迁移速率,加剧了试样表面的腐蚀程度,最终导致试样表面氧化层的厚度不断增厚;经过相同条件的腐蚀试验后,CLAM钢焊缝试样的抗腐蚀性能比母材试样低.     

一种可内生Al2O3扩散障的δ-Ni2Al3-Cr2O3/ Ni-Cr2O3涂层体系

通过对Ni-Cr₂O₃复合镀层620 ℃部分渗铝制备了δ-Ni₂Al₃-Cr₂O₃/Ni-Cr₂O₃涂层体系。Cr₂O₃颗粒在渗铝的过程中和Al反应生成更为稳定的Al₂O₃。1000 ℃恒温氧化20 h后发现,铝化物涂层和复合镀层内掺杂的Cr₂O₃颗粒完全转化为Al₂O₃,并在铝化物涂层/Ni镀层界面自发形成了一层Al₂O₃富集层,该富集层起扩散障作用,阻碍铝化物涂层因互扩散所致的退化。     

渗铝-真空预氧化制备FeAl/Al2O3防氚渗透涂层性能

在核级316L不锈钢基体上,采用固体埋层渗铝和真空预氧化工艺制备FeAl/Al2O3防氚渗透自修复涂层,研究了这种渗铝氧化涂层的表面形貌、化学成分、相组成以及涂层表面纳米级氧化膜的厚度的SEM/EDS、XRD、XPS、AES、RBS等测试分析与表征方法.结果表明:该复合涂层由约20μm厚的Fe-Al扩散层以及约200nm厚的表面Al2O3氧化层组成;Fe-Al扩散层的主要相组成为FeAl及少量Fe3Al、NiAl、α-Fe相,微观观察表明由外渗铝层、过渡层、内扩散层构成.     

简单/改性铝化物涂层的研究现状

航空发动机各部件高温结构材料在苛刻环境下服役时,会遭受严重的高温氧化和热腐蚀.在合金表面施加铝化物涂层后,高温下表面能够生成一层致密且生长缓慢的Al2O3氧化膜,从而隔绝腐蚀介质,以防止合金被快速氧化腐蚀.概述了铝化物涂层的优点,包括制备简单、成本低廉.重点综述了以Ni、Fe、Ti/TiAl为合金基体的铝化物涂层微观结构.涂层的微观结构主要由渗铝工艺、基材成分及后处理工艺等因素决定,渗铝工艺包括渗剂成分、渗铝温度和渗铝时间.在高温下渗铝,Al的活度较低,涂层主要以基体元素向外扩散形成外扩散型涂层为主;在低温下渗铝,Al的活度较高,涂层主要以Al向内扩散形成内扩散型涂层为主.还归纳了不同渗铝涂层在干燥空气和水蒸气环境中的高温氧化行为,阐述了水蒸气对铝化物涂层高温氧化行为的影响,比较了Ni-Al系和Fe-Al系涂层的抗高温氧化性能.同时介绍了Cr-Al、Si-Al和Pt-Al 3种改性铝化物涂层的研究进展,包括制备方法、微观结构及抗高温氧化和腐蚀性能.最后,展望并总结了高温防护涂层的发展趋势.     

T92钢表面铝化物涂层的组织演化

在高温下长时间暴露,钢材表面的渗铝层与母材之间容易发生元素互扩散,对母材组织产生影响,影响母材的力学性能。为研究超超临界机组用 T92 钢表面铝化物涂层的抗蒸汽氧化性能及组织演化特性,采用低温粉末包埋渗铝法在 T92 钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,并在 650 ℃饱和蒸汽环境中进行热暴露试验,结合扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察及 X 射线衍射分析,研究铝化物涂层的氧化行为以及 T92 基体与铝化物涂层之间的扩散退化行为。研究结果表明：低温粉末包埋渗铝可在 T92 锅炉管内壁制备厚度约 30.4 μm 的双层结构铝化物涂层,各层结构连续均匀且组织稳定,与母材呈冶金结合。 在 650 ℃、3 000 h 饱和蒸汽氧化过程中,涂层表面生长厚度约 0.3 μm 的 α-Al₂O₃氧化膜。650 ℃长时热暴露过程中,Fe-Al 金属间化合物始终是涂层的主要物相,但涂层由 FeAl 相向 FeAl₂相退化。铝化物涂层经长时间热暴露后组织退化,但仍具有优异的抗氧化性能,能够对 T92 钢提供很好的保护。     

一种新型奥氏体Fe-Mn-Al耐热钢铝化物涂层相变的研究

对一种新型奥氏体Fe—Mn—Al耐热钢铝化物涂层的显微结构、组成、相变进行了详细地研究。渗层共分两层,外层为有序超结构固溶体FeAl,内层由FeAl、β-Mn,V_4C_3组成。当这种涂层在静态空气下,在450—750℃温度范围内氧化50—1000小时时,这两层经历着不同的相变规律。外层是:FeAl(→Fe_3Al)→α-Fe→α-Fe+γ→γ。内层是:FeAl+β-Mn(→Fe_3Al+β-Mn)→α-Fe+β-Mn→α-Fe+β-Mn+γ→α-Fe+γ→γ。涂层的相变和涂层的退化紧密相连。贫Al的FeAl相的形成,意味着退化开始。γ的出现,称之促使退化加剧。涂层完全转变成γ,退化即告终。     

热扩散处理电弧离子镀铝涂层的结构及其抗氧化性能

为了提高抗氢钢的抗高温氧化能力,采用电弧离子镀在抗氢钢上沉积Al涂层,通过高温热扩散处理,制备得铝基复合涂层。试验了不同温度对铝基复合涂层性能的影响,采用X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等分别测试了涂层的成分、晶体结构及表面、剖面形貌,通过高温氧化试验测试了涂层的抗高温氧化性能。结果表明： 电弧离子镀Al涂层经热扩散处理后,剖面结构为分层分布,表层为Al2O3层,700 ℃处理后的厚度约0.7 μm,为非晶态;950 ℃处理后的厚度约为2.2 μm,为α相。内层为热扩散层,700 ℃形成成分含量不同的两层热扩散层,由FeNiAl5、FeAl3、Fe4Al13及Ni2Al3等多种富铝相组成;950 ℃形成热稳定相立方体的FeAl和NiAl相。     

粉末包埋渗铝与气氛渗铝对P92钢650℃饱和蒸汽氧化行为的影响

表面渗铝技术可以在不改变基体材料力学性能的基础上显著提高基体的抗高温蒸汽氧化性能。 利用低温粉末包埋和气氛渗铝两种方法在 P92 钢表面制备了铝化物涂层,并结合氧化增重法、扫描电镜观察及 XRD 分析,研究了两种工艺下铝化物涂层的 650 ℃饱和蒸汽氧化行为。 结果表明:P92 钢抗氧化能力不足,生成了由外层疏松层瘤状富铁氧化物与表面氧化膜下方内氧化物 FeCr₂O₄ 组成的双层结构氧化膜,外层富铁氧化膜在氧化 300 h 后发生剥落;低温包埋渗铝所得涂层为 β-FeAl 层,氧化 500 h 后试样表面形成极薄的保护性 α-Al₂O₃ 氧化膜(<0. 2 μm);气氛渗铝涂层为单层 Fe₃Al 结构,氧化 500 h 后试样外表面形成了 Fe₃O₄₊Fe₂O₃ 氧化膜,厚度为 1. 3 μm,靠近涂层表面生成单层连续 Al₂O₃ 氧化膜。 采用低温包埋和气氛渗铝均可提升 P92 钢的抗蒸汽氧化能力。     

Al2O3-TiO2复相陶瓷涂层在动态LBE中的耐腐蚀行为

目的分析研究Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动铅铋合金中的耐腐蚀行为。方法以纯Ti粉末、Fe Al粉末、CrFe粉末为原料制得复合粉末,在CLAM钢基材表面上采用热喷涂-激光原位合成复合工艺制备了Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层。试样在500℃,流速为0.3 m/s的液态铅铋合金中进行了时长1000 h的动态腐蚀实验,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析测试手段对涂层试样在动态LBE中的耐腐蚀行为进行了研究表征。结果在CLAM钢基材表面制备的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层表面形貌整体较腐蚀前仍保持完好,涂层物相成分保持稳定,截面分析显示铅铋合金在腐蚀过程在涂层中未见渗透;而没有涂层保护的CLAM钢基材在腐蚀后表面发生明显的氧化腐蚀现象,生成结构疏松的Fe3O4氧化层,铅铋合金在氧化层中有扩散分布。结论通过火焰热喷涂-激光原位合成复合工艺在CLAM钢表面制备得到的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动的铅铋合金腐蚀条件下组织结构稳定,具有良好的适用性,能有效地阻止高温流动铅铋合金对CLAM钢基体材料的腐蚀。     

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。     

309不锈钢表面CeO2 改性铝化物涂层的循环氧化行为

以NH₄Cl为活化剂,采用包埋法在309不锈钢上制备了纳米CeO₂改性铝化物涂层。采用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜和能谱仪对涂层以及循环氧化50次后的表面和横截面进行了分析。微观结构研究表明,改性涂层中包含Fe₄Al₁₃相,由于基底金属的向外扩散,改性涂层捕获了少量的CeO₂纳米颗粒。与不添加CeO₂纳米颗粒的普通铝化物涂层相比,在900 ℃的大气环境下,分散CeO₂改性铝化物涂层表现出更好的防氧化剥落性能;在50次循环氧化后,CeO₂改性铝化物涂层上仍然可以发现一些Fe₂Al₅相,并存在向外扩散的Al层、中间的FeAl层和外部的Fe₂Al₅+FeAl混合层,这表明CeO₂纳米颗粒可以延缓铝化物涂层的降解。     

FeAl/Al_2O_3复合阻氚涂层制备技术的研究进展

FeAl/Al_2O_3复合膜层是聚变堆氚增殖包层及辅助涉氚系统结构材料首选的阻氚涂层。其制备过程通常需要铝化和氧化2个步骤,铝化是Al原子与基体Fe原子通过相互扩散在基体表面形成铁铝固溶体(Fe,Al)或Fe-Al金属间化合物过渡层;氧化是使铝化涂层表面选择性氧化形成Al_2O_3膜。该阻氚涂层的制备可采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热浸铝化(HDA)、包埋渗铝(PC)、等离子体喷涂(PS)和电化学沉积(ECD)等技术。相对而言,CVD、HDA和PC等3种技术有较好的应用前景,有望成为聚变堆中FeAl/Al_2O_3阻氚涂层工程化制备的候选技术而ECD技术因其制备过程容易控制、涂层性能稳定、可涂镀复杂结构件等特点在FeAl/Al_2O_3阻氚涂层制备方面颇具吸引力。     

Hot Corrosion Behavior of a Cr-Modified Aluminide Coating on a Ni-Based Superalloy

A Cr-modified aluminide coating is prepared on a Ni-based superalloy using arc ion plating and subsequent pack cementation aluminizing.Hot corrosion behavior of the Cr-modified aluminide coating exposed to molten Na2SO4/K2SO4(3:1) or Na2SO4/NaCl(3:1) salts at 900 °C in static air are evaluated as well as the aluminide coating.The results indicate that compared with the aluminide coating,the anti-corrosion properties of the Cr-modified aluminide coating in the both salts are improved,which should be attributed to the beneficial effect of the Cr in the coating.The corrosion mechanism of the Cr-modified aluminide coating,especially the role of Cr in the mixture salt corrosion,is discussed.     

Preparation of ceramic coatings on inner surface of steel tubes using a combined technique of hot-dipping and plasma electrolytic oxidation

A new method for inner surface modification of steel tubes, named a combined technique of hot-dipping and plasma electrolytic oxidation (PEO) was proposed and demonstrated in this paper. In this work, metallurgically bonded ceramic coatings on inner surface of steel tubes were obtained using this method. In the combined process, aluminum coatings on steel were firstly prepared by the hot-dip process and then metallurgically bonded ceramic coatings were obtained on the aluminum coatings by PEO. The element distribution, phase composition and morphology of the aluminide layer and the ceramic coatings were characterized by SEM/EDX and XRD. The corrosion resistance of the ceramic coatings were also studied. The results show that, after hot-dip treatment, the coating layers consist of two layers, where Al, Fe_xAl _(1−x) were detected from external topcoat to the aluminide/steel substrate. Then after PEO process, uniform Al₂O₃ ceramic coatings have been deposited on inner surface of steel tubes. The ceramic coatings are mainly composed of -Al₂O₃ and γ-Al₂O₃ phase. The compound coatings show favorable corrosion resistance property. The investigations indicate that the combination of hot-dipping and plasma electrolytic oxidation proves a promising technique for inner surface modification of steel tubes for protective purposes.     

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。     

Cu的添加对X80钢热浸法渗铝层组织的影响

通过在热浸镀铝熔池中添加Cu元素,改善X80钢热浸法渗铝层的组织。在不同的温度下进行扩散退火试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究退火温度和铜元素对渗层组织的作用机理。采用Smile View软件对渗层厚度进行测量。结果表明,在热浸法渗铝时,Cu的添加可以使合金层/X80钢基体界面间的舌齿状形态缩小,使得界面间反应更均匀。当Cu的添加量为1%(质量分数)时,脆性的Fe₂Al₅合金层的厚度最小。随着扩散退火温度的升高,Cu添加量为1%的试样渗层的界面均匀性增加;扩散退火温度≥600℃时,渗层中开始出现极薄的FeAl相层;扩散退火温度≥650℃时,自由层消失,渗层中出现均匀的FeAl层且渗层外侧出现孔洞;扩散退火温度为700℃时,FeAl层中部出现孔洞带,且渗层外侧出现大孔洞。在热浸镀铝熔池中加入1%Cu元素可以使扩散退火过程中Al原子和Fe原子间的迁移速率差值减小,进而降低Al原子和Fe原子间的浓度梯度。原子间浓度梯度的降低,使得界面间反应更均匀,从而避免渗层中孔洞的出现。