不锈钢表面粉末包埋渗铝过程及渗铝层表征

采用固体粉末包埋法对00Cr17Ni14Mo2和1Cr18 Ni9Ti 不锈钢进行渗铝，形成富铝表层.阐述了不锈钢表面渗铝过程，并且对不锈钢渗铝层的成分、结构和形貌进行了表征.分析了合金中Ni元素对渗铝过程的影响.结果表明：渗铝层呈多层结构，渗层与基体及层间结合良好，界限明显、齐整.渗层组织主要由FeAl相组成，并含一定量的Ni3Al相.      

低温助渗剂Zn对N80套管钢低温渗铝层组织的影响

选用不同Zn含量配比的包埋渗剂,采用低温粉末包埋法对N80套管钢进行表面渗铝处理,依次对不同渗剂配方下所得到渗层的微观形貌、元素组成和显微硬度进行测试,分析了低温助渗剂Zn对所得渗铝层的影响.结果表明:与渗剂中添加Zn所得渗铝层相比,未添加Zn所得渗铝层均匀、致密,显微硬度较高;渗铝层厚度随Zn含量的改变呈现非线性的变化,当Zn:Al=40∶60(质量比)时,所得渗铝层的厚度可以达到80μm;不同渗剂配比下所得渗铝层主要由Al元素和Fe元素组成,渗层组织从表面向基体方向Al含量呈梯度减少,当渗剂中加入助渗剂Zn后易生成富含低铝相渗层.     

机械能助渗铝工艺与渗层性能研究

研究了机械能助渗铝的温度、时间和活性剂含量对渗铝层形貌、厚度、结构、硬度和耐蚀性等性能的影响,并与传统的粉末渗铝进行了比较。试验结果表明,机械能助渗铝层表面呈颗粒状,渗铝层由Fe2Al5相和少量的Fe3Al相组成,硬度达988 HV。在400~700℃、2~4 h的范围内机械能助渗铝,渗层厚度随渗铝温度的升高和渗铝时间的延长而明显增大。渗铝层的耐蚀性随渗铝温度的升高而提高,但随渗铝时间的延长呈现出先提高后降低的趋势,由600℃、3 h工艺获得的渗铝层的耐蚀性最好。采用机械能助渗铝工艺,尤其是较低温度（450~650℃）和较短时间（2.5~4.5 h）获得的渗层的厚度明显大于传统的粉末渗铝层。     

碳钢表面粉末包埋法渗铝的实验研究

目的 解决粉末包埋渗铝过程中渗剂粘结导致渗铝层表面质量差的问题,在无惰性气体保护气氛中,在Q235钢表面制备出耐高温氧化、耐高温硫化和耐腐蚀的渗铝层。方法 采用粉末包埋渗铝法,通过改变渗剂中填充剂的成分,解决渗剂粘结导致表面质量变差的问题,研究渗铝温度、保温时间对渗层试样表面质量及渗铝层厚度的影响,确定最佳渗铝条件。使用电子显微镜观察渗铝层表面质量并测定渗铝层厚度,采用能谱仪分析渗铝层主要元素分布,采用X射线衍射仪分析渗铝层物相组成,采用显微硬度计检测渗铝层硬度变化。结果 采用成分为15%铝粉+5%氯化铵+75%氧化铝+5%石墨粉的渗剂,在无惰性气体保护下900 ℃保温4 h,获得渗铝层厚度约为370 μm的渗铝试样。渗铝层由外向内依次为铝化物层、过渡层和基体,铝化物层主要含有Al、Fe两种元素,原子百分比保持在7:3左右,主要物相为Fe2Al5,硬度达到896HV0.1,远高于基体硬度。结论 渗剂中添加适量的石墨粉能够改善渗铝层表面质量,增加渗层厚度,过多的石墨粉反而不利于表面质量改善和渗铝层厚度的增长。渗铝层厚度随渗铝温度的升高先增大后减小,与保温时间呈抛物线关系。     

耐热钢HP40Nb的中温粉末法渗铝及其抗渗碳特性

以铝铁为供铝剂、氯化氨为活化剂、碳化硅为填充剂,研究了耐热钢HP40Nb在800～900℃间的粉末法渗铝特性,采用固体强化渗碳方式来研究不同状态试样的抗渗碳能力。研究表明:渗层表面质量很高,渗层与基体结合良好,渗层主要由沉积区和过渡区两部分组成,较之高温渗铝,渗层厚度较薄;采用直流电场增强法对HP40Nb粉末法渗铝渗层相组成种类影响不大,但能使其800℃时的渗铝速度提高近7倍。所试验渗铝层在1000℃强化渗碳条件下表现出优良的抗渗碳特性。     

GL渗铝钢管渗铝层的显微硬度及相组成

采用光镜、显微硬度计、扫描电镜（ＳＥＭ）、电子探针（ＥＰＭＡ）和Ｘ－射线衍射等试验方法，对感应料浆法（ＧＬ）渗铝钢管Ｆｅ—Ａｌ合金渗层的显微硬度和相组成特征进行研究。结果表明，ＧＬ渗铝钢管渗铝层显微硬度由表及里为６００～３２０ＨＭ，渗铝层由α─Ｆｅ（Ａｌ）固溶体、Ｆｅ３Ａｌ和ＦｅＡｌ相构成，不存在含铝较高的ＦｅＡｌ２、Ｆｅ２Ａｌ５和ＦｅＡｌ３等脆性相，改善了渗铝钢的抗变形能力和焊接性能。     

交流电场对45钢粉末法渗铝的影响

通过设置一对电极,在粉末法渗铝过程中对置于两极间的45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗铝。通过对渗铝层的生长、组织与相结构特性的观察分析,研究交流电场对45钢粉末法渗铝的影响。结果表明:施加适当的交流电场可以显著促进渗铝过程,促渗作用随电场电流增加而增加;在仅含2%铝粉的渗铝剂中进行电场电流为2 A、保温4 h的渗铝,在500℃即可形成约40μm的渗铝层,在800℃时形成厚约180μm的渗铝层;交流电场能够降低渗铝层表层的含铝量,避免表层形成硬脆富铝相;交流电场粉末法渗铝层在900℃时具有优良的抗氧化性能。分析认为,交流电场的促渗作用与电场对渗铝过程中试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及渗罐内的实际温度等的影响有关。     

纯铜催渗渗铝及其内氧化研究

提出了用稀土合金CeCl3对纯铜渗铝进行催渗，研究了工艺参数对渗层厚度和质量的影响；采用工业N2中的余氧作为内氧化介质对纯铜渗铝后的试样进行内氧化，研究了内氧化层的硬度分布，显微组织及有关性能。实验表明：用CeCl3催渗的纯铜渗铝试样渗层厚度远高于同等工艺参数下未催渗的纯铜渗铝试样；内氧化后，能在渗铝层形成Al2O3弥散硬化层。     

304不锈钢喷砂助低温渗铝工艺

采用喷砂技术对304不锈钢板表面进行处理,并对喷砂处理后的试样进行热处理和低温固体粉末包埋渗铝处理,分析讨论了喷砂助低温渗铝的最佳工艺参数。结果表明：表面经喷砂处理后,试样表层形成厚约250 μm的变形区,同时表面发生了马氏体相变,硬度明显提高。喷砂试样经400～600 ℃热处理后,变形层组织仍为马氏体相,硬度有所下降,变形层具有热稳定性。表面喷砂处理可以降低渗铝温度,提高渗铝速度。最佳渗铝工艺为经过优化喷砂工艺处理后在530 ℃渗铝3 h随炉冷却,试样表面可形成约50 μm的渗层,渗层主要由金属间化合物FeAl2构成,表面硬度可达640 HV0.2。     

渗铝管腐蚀性能研究

选取10钢管进行固体粉末渗铝法渗铝,在其表面获得了不同铝含量的渗铝层,对渗 铝钢、未渗铝钢进行高温氧化、硫化氢腐蚀以及环烷酸试验,通过实验数据论证了渗铝钢具有优越的耐高温氧化性能及耐酸腐蚀性能.     

以渗铝为主的Q195钢交流电场增强粉末法铝铬共渗特性

在渗铝剂中加入铬粉,对Q195钢在800 ℃进行以渗铝为主的交流电场增强及常规粉末法铝铬共渗。用金相显微观测、X射线衍射分析、显微硬度测试等分析渗层组织、相、厚度及显微硬度沿渗层深度方向的分布。结果表明,相较单一渗铝,添加少量铬粉对常规铝铬共渗层组织和厚度影响不大,但次表层硬度提高;交流电场对单一渗铝和铝铬共渗均有促渗作用,较单一渗铝,添加微量铬粉进一步加快渗速,但对次表层硬度影响不大,随渗剂中铬粉含量增加,渗层厚度先增后减,添加0.1%铬粉时促渗效果最为显著,所得渗层厚约123 μm,而交流电场单一渗铝层厚约50 μm,常规单一渗铝层厚仅约18 μm。     

钢的真空渗铝研究

研究了Ｑ２３５、４５Ｔ１０具空渗铝层的组织结构,渗层生长动力学,渗铝温度对渗层厚度的影响、钢的含碳量对渗铝层厚度的影响。并测定了渗层铝深度分布以及显微硬度分布。结果表明真空渗铝可获得良好的渗层。     

La对热浸镀渗铝层抗冲蚀腐蚀磨损性能的影响

研究了稀土La及其加入量对热浸镀渗稀土铝合金渗层显微硬度及抗冲蚀腐蚀磨损性能的影响.结果表明,在相同的工艺条件下, 与渗纯铝相比,加入稀土La元素后,渗层的显微硬度和抗冲蚀腐蚀磨损性能均得到了不同程度的提高.且当La含量为0.5%时, 渗铝层的显微硬度和抗冲蚀腐蚀磨损性能均为最好.     

钢的渗铝工艺技术及性能研究进展

钢材渗铝是通过化学和物理的方法将铝原子渗入钢材表面形成微合金层,改变钢材的表面化学成分和特性的热处理工艺。渗铝处理可以提高钢材耐氧化性能、耐腐蚀性能和硬度,作为一种简单有效的表面化学热处理工艺得到研究者的关注。简要介绍了当前常见的渗铝工艺,如热浸渗铝、热喷涂渗铝、粉末包埋渗铝、料浆渗铝,总结了常见渗铝工艺的特点与不足,随后介绍了研究人员开发出的新型渗铝工艺,如机械辅能助渗铝、电场辅助渗铝、流化床气相沉积渗铝和离子电镀渗铝。论述了渗铝钢的显微结构和渗层的生长机理,对渗铝后的渗铝钢具有耐氧化、耐腐蚀性能的机理进行了讨论说明。最后,对渗铝工艺的发展趋势进行了探讨和展望。     

TC4钛合金表面B-Al复合渗层的组织和性能

采用固体粉末包埋渗两步法,在TC4钛合金表面先1050 ℃渗硼 4~6 h再950~1050 ℃渗铝 4 h制备出B-Al复合耐磨渗层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对复合渗层的物相组成、显微组织、微区成分、表面硬度和摩擦因数进行测试和分析。结果表明:B-Al复合渗层厚为37~115 μm,主要由TiB₂相和TiAl₃相组成,外层是弥散分布TiB₂的TiAl₃层,向内依次形成厚度较小的TiAl₂、TiAl及Ti₃Al等Ti-Al金属间化合物层。B-Al复合渗层表面硬度为1041.7~1429.4 HV0.1,约为TC4钛合金硬度的3.03~4.16倍;经1050 ℃×6 h渗B后1050 ℃×4 h渗Al,其摩擦因数约为0.3,较TC4钛合金基体下降约25%。     

钢表面粉末包埋渗铝的表面状态及元素扩散机理研究进展

钢铁作为基础性结构材料,应用在国民经济的各个领域。由于钢材在工程应用中会发生氧化、腐蚀,采用粉末包埋渗铝对钢材进行表面改性可提高其抗氧化性能和腐蚀性能。目前为止,关于渗铝工艺参数对渗层微观组织、表面状态和元素扩散机理的研究,比较零散,缺乏系统总结。综述渗铝工艺参数对粉末包埋渗铝钢的微观组织、表面状态及其性能的影响,分析渗铝工艺参数与渗层微观组织的关联;概括渗铝工艺参数对Fe-Al元素扩散系数和扩散激活能的影响规律,分析Fe-Al元素扩散机制;总结渗铝层预测模型,对粉末包埋渗铝钢的研究趋势进行展望。     

The effects of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) on pack aluminizing for the fabrication of Pt-modified aluminide coatings at low temperatures

An 8–9 μm thick Pt layer was coated on a superalloy and transformed to a Ni–Pt alloy layer by the interdiffusion of Ni and Pt at 1050 °C for 3 h. The surface of the Ni–Pt alloy layer was pack aluminized to form a Pt-modified aluminide coating. Ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) was applied to the alloy layer prior to pack aluminizing. The effects of UNSM on Pt-modified aluminide coatings fabricated at 750, 850, 950, and 1050 °C were studied. The treated Ni–Pt alloy layers had finer grain sizes than the untreated specimens. In addition, UNSM made the grain size of the Ni–Pt alloy finer and reduced the surface roughness. During pack aluminizing, the Pt-modified aluminide coatings fabricated following UNSM uptook more Al and were thicker than the untreated Pt-modified aluminide coatings at the various temperatures (750, 850, 950, and 1050 °C). The untreated Pt-modified aluminide coatings with pack aluminizing performed at 750 and 850 °C were composed of only a two-phase (NiAl + PtAl₂) layer, due to insufficient diffusion of Pt at the lower temperatures. However, two-phase and one-phase (NiAl) layers were obtained in the treated Pt-modified aluminide coatings which were pack-aluminized at 750, 850, 950, and 1050 °C, due to the diffusion of Pt through the greater amount of grain boundaries and increased volume generated by UNSM before the pack aluminizing. Additionally, the treated coatings had smoother surfaces even after the pack aluminizing. During cyclic oxidation at 1150 °C for 1000 h, the treated Pt-modified aluminide coatings aluminized at relatively low temperatures (750 and 850 °C) showed better cyclic oxidation resistance than the untreated Pt-modified aluminide coating aluminized at 1050 °C.     

分散剂Y2O3对渗铝层的影响

通过改变传统渗剂来研究分散剂（Al2O3，Y2O3）在渗铝过程中的作用和对渗铝层的影响。利用XRD和SEM对渗层相的组成、氧化前后表面形貌进行分析。结果表明：分散剂Y2O3在最初的渗铝过程中参加了渗铝过程，不仅防止铝粉粘结，而且影响渗层相的组成。分散剂为Al2O3时，渗层主要为Al3Ti＋AlTi＋AlTi3相，而分散剂中含有Y2O3时，渗层土要为AlTi3相，这与传统渗铝机理认为分散剂在渗铝过程中不参加渗铝反应相矛盾。同时，分散剂也影响着渗铝层氧化前后的表面形貌及Al2O3的晶格类型。     

氩弧重熔对Q235钢热浸镀铝层组织和性能的影响

采用氩弧重熔技术对Q235钢热浸镀铝层进行改性处理,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对重熔前后组织进行了观察,并测定了重熔前后截面显微硬度.研究了重熔工艺参数对热浸镀铝层组织和性能的影响.结果表明,热浸镀铝层经氩弧重熔处理后,分层现象消失,组织上梯度过渡,试件由重熔层和淬硬层及基体构成.氩弧重熔处理能明显提高热浸镀铝层的显微硬度.氩弧重熔工艺参数对重熔层深度、硬度和裂纹率影响较大,焊接电流增加或焊接速度减小时,重熔层深度增加,硬度升高,裂纹率下降.     

Structure of Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy prepared by pack cementation techniques

In order to prepare Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy, both a two-stage pack cementation technique and a co-deposition pack cementation technique were employed. The two-stage process included siliconizing a specimen at 1150 °C for 4 h followed by aluminizing it at 800-1000 °C for 4 h. The coating prepared by pack siliconization was composed of a thick (Nb,X)Si₂ (X represents Ti, Cr and Hf elements) outer layer and a thin (Nb,X)₅Si₃ transitional layer; after the siliconized specimens were aluminized at or above 860 °C, a (Nb,Ti)₃Si₅Al₂ phase developed at the surface of the coating, and furthermore, when aluminizing was carried out at 860 °C, a new (Nb,Ti)₂Al layer formed in the coating between the (Nb,X)₅Si₃ layer and the substrate, but when aluminizing was performed at 900-1000 °C, the new layer formed was (Nb,Ti)Al₃. The co-deposition process was carried out by co-depositing Si and Al on specimens at 1000-1150 °C for 8 h under different pack compositions, and it was found that the structure of co-deposition coatings was more evidently affected by co-deposition temperature than pack composition. An Al-modified silicide coating with an outer layer composed of (Nb,Ti)₃Si₅Al₂, (Nb,X)Si₂ and (Nb,Ti)Al₃ was obtained by co-depositing Si and Al at 1050 °C.