施加直流电场的快速粉末渗铬工艺

通过在渗扩介质与被渗样品间施加合适参数的直流电场予以实现快速粉末渗铬.选择碳素钢(45钢和20钢)为研究对象,分析了直流电场对渗铬层显微组织、渗层厚度及温度场的影响,分析了施加直流电场条件下温度对渗层厚度的影响,并研究了施加直流电场快速渗铬获得的渗层的高温抗氧化性.结果表明,直流电场可降低粉末渗铬温度,显著增加渗速;可将常规粉末渗铬温度950～1100 ℃降低到850℃以下;加热温度为700～850℃时,通过施加合适的直流电场,渗铬层厚度可达到60 μm以上.直流电场不仅对试样有加热作用,而且在两极间形成温度差.快速渗铬新工艺获得的渗铬试样在700℃以下具有良好的抗氧化性能.     

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。     

45钢的直流电场催渗粉末铝铬共渗

对作为正、负极的45钢试样,在一合适的直流电场中采用含铝铁、铬铁、氯化铵和二氧化硅的粉末渗剂进行了铝铬共渗。检测了渗层的显微组织、厚度、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。研究结果表明:直流电场显著提高了渗速,使铝铬共渗温度从1 000℃以上降低到了750℃。在4 A直流电场中于750℃铝铬共渗3 h的45钢试样,渗层深度达到了约120μm,比常规的铝铬共渗层约深3倍。经直流电场铝铬共渗的45钢的抗高温氧化性能和在10%H2SO4溶液中的耐腐蚀性能均得到了显著改善。     

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。     

直流电场对35钢盐浴碳氮共渗技术的影响

以35钢为材料,研究了添加直流电场盐浴碳氮共渗技术。该技术在碳氮共渗盐浴中通过在被渗样品间施加合适参数的直流电场予以实现。分析了渗层的显微组织及白亮层厚度,测量了渗层硬度沿层深的分布,并进行了物相分析。实验结果表明:直流电场可以显著提高碳氮共渗速度;在碳氮共渗温度575℃,保温50 min,添加强度为7.5 V的直流电场时,白亮层厚度可以达到18.4μm,约是常规盐浴碳氮共渗获得白亮层厚度的两倍;电场快速盐浴碳氮共渗后试样表面硬度达到730 HV0.01;同时对电场快速盐浴碳氮共渗机理进行了讨论。     

热扩渗铝工艺对碳钢表面渗铝层组织及性能的影响

采用二次正交同归试验方法,研究了碳钢的热扩渗铝温度、时间与铁铝金属间化合物层厚度的关系,得到最优的热扩渗铝工艺参数,并对热扩渗铝前后的试样浸铝层组织形貌与性能进行了分析.结果表明:理想的扩渗铝温度为950℃,保温时间为6 h.经扩渗铝处理后的试样表面获得了一定厚度的铁铝金属间化合物扩渗层,其硬度及高温抗氧化性能均优于未进行扩渗处理的试样.     

交流电场增强45钢中低温粉末法渗硼特性

通过在粉末法渗硼过程中施加交流电场,对45钢进行中低温粉末法渗硼,研究交流电场增强中低温粉末法渗硼特性.结果表明,位于交流电场平行电极间不同位置处试样渗硼效果一致.施加适当的交流电场,可显著增加中低温(450~800℃)下的渗硼速度,硼化物层厚度与渗硼温度呈线性关系.交流电场增强渗硼渗层的形貌与常规渗硼的相似,呈锯齿状垂直楔入基体,其厚度与渗硼时间关系曲线呈抛物线型.采用交流电场易于获得单一Fe2B相渗层.在800℃渗硼时,交流电场增强渗硼的硼化物层厚度随电场电流增加而增加.交流电场的促渗作用是电场强化试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及提高渗罐内的实际温度等的综合结果.     

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。     

交流电场对45钢粉末法铝硅共渗的影响

通过一对平行电极对45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法铝硅共渗。通过分析对比电场增强粉末法铝硅共渗与常规铝硅共渗渗层的厚度、组织、微区成分、相结构及抗氧化性能,研究电场对45钢粉末法铝硅共渗的作用特性。结果表明:交流电场能够显著促进粉末法铝硅共渗,渗层厚度和硅含量随电场强度增加而增加,渗层相结构也发生相应变化,当渗扩温度≥650℃、电场电流≥0.5 A时,富铝相消失;常规工艺700℃共渗4 h的渗层厚度仅约24μm,但在电流为0.7 A的电场作用下,可获得约100μm厚渗层;900℃循环氧化试验表明,电场铝硅共渗试样的抗氧化性能远高于常规铝硅共渗试样。     

直流电场对40Cr钢的低温QPQ催渗

以40Cr作为基体材料,研究了施加直流电场对450 ℃低温QPQ处理时的加速渗氮。对处理后试样的渗层组织、渗层厚度、渗层硬度及物相进行了分析,并对低温QPQ直流电场加速渗氮的机理进行了分析。结果表明:通入直流电场保温2 h后试样的化合物层可达18 μm,与无直流电场保温17 h的化合物层厚度相近,显著提高了渗氮速度。施加直流电场后的40Cr钢表面硬度达到813 HV0.1,是无直流电场硬度的1.3倍。直流电场能够使阳极试样周围聚集CNO^-离子,并为CNO^-离子的分解提供额外能量,获得更多渗氮所需的活性氮原子,从而达到催渗效果。     

镀铝温度对渗铝层/基体界面空洞生长动力学的影响

采用不同的镀铝温度在20碳钢上制备了不同厚度的热浸镀铝层,通过测量热浸镀铝层厚度以及高温氧化后渗铝层/基体界面空洞平均直径和形核数量随氧化时间的变化,研究了镀铝温度对渗铝层/基体界面空洞生长的影响。结果表明:随镀铝温度升高,镀铝后的表面层厚度减小,合金层厚度增加;在高温氧化期间,渗铝层/基体界面空洞的生长速度随镀铝温度的升高而减小,其变化规律与热浸镀铝后表面层厚度随镀铝温度的变化规律相一致;界面空洞平均深度随镀铝温度升高而增加,其变化规律与热浸镀铝后合金层厚度随镀铝温度的变化规律相一致;界面空洞增量随氧化时间的延长先增加而后逐步减少,且镀铝温度越高,空洞形核速度越小。分析了镀铝温度对界面空洞生长的影响机制。     

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。     

表面纳米化对AZ91D镁合金渗铝行为的影响

镁合金表面渗铝是提高耐蚀性的一种有效方法。本研究将表面纳米化作为渗铝的预处理过程。采用高能喷丸对AZ91D镁合金进行表面纳米化处理,然后进行真空铝扩散得到渗铝层。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察了渗铝层的形貌。结果表明,在对AZ91D镁合金表面高能喷丸后获得了100 nm的晶粒尺寸。在高能喷丸之后,渗铝层的深度比未高能喷丸的渗铝层厚。在440℃下扩散12 h后,渗铝层的深度增加到70μm。采用电化学方法对AZ91D镁合金的耐腐蚀性能进行了表征。结果表明,渗铝层明显降低了AZ91D镁合金的腐蚀速率。因此,高能喷丸强化有利于镁合金表面渗铝,提高镁合金的耐蚀性。     

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。     

Influence of an aluminized intermediate layer on the adhesion of a γ-Al2O3 washcoat on FeCrAl

To improve the combination performance of a γ-Al₂O₃ washcoat on a FeCrAl support in auto-catalysts, an aluminized intermediate layer was deposited on the surface of metallic foils by the powder embedded aluminizing technique. A heat treatment after aluminizing and an aging test after washcoating were carried out. The microstructure, phase structure, chemical composition and inter-coat adhesion of the as-coated and heat-treated aluminized layers were studied by means of scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectrum (EDX) and ultrasonic vibration tests. The surface of the as-coated aluminized layer was inhomogeneous and a great number of nanowires were formed. Aluminum infiltrated into the support to form Al₅(Fe,Cr)₂ and/or other intermetallic compounds in the coat-support interface. After the heat treatment, aluminum segregated out and oxidized into homogeneous -Al₂O₃ whiskers on the outer surface. The aluminized layer transformed into -Fe(Cr,Al) diffusion zone after the aging test. After the aluminizing and heat treatments, no cracks were found on the successive alumina washcoat and the weight loss was only 4.0 wt.% under ultrasonic vibration for 30 min. This suggested an enhanced interface adhesion between the γ-Al₂O₃ washcoat and the FeCrAl support.     

两种高铬钢渗铝层的组织和抗氧化性能

对１Ｃｒ６Ｓｉ２Ｍｏ和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ钢渗铝层的组织和抗氧化性能进行了研究。结果表明,高合金钢渗铝层的厚度与其渗名状态下的晶格类型有关。铁素体型钢的渗层厚度明显大于奥氏体型钢。１Ｃｒ６Ｓｉ２Ｍｏ钢渗铝层下方存在的墨带使其抗氧化性能变坏,随渗铝时间的延长,形成的黑带越宽。     

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。     

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。     

渗铝激光冲击复合处理对00Cr12合金钢高温拉伸性能的影响

利用大功率Nd:YAG激光对渗铝后的00Cr12合金钢进行了冲击强化处理,并在不同温度下对其进行了高温拉伸试验,从力学性能及断口形貌等分析了渗铝复合激光冲击对其高温拉伸性能的影响。结果表明,00Cr12合金钢渗铝后表面形成的铝化物涂层在高温拉伸过程中具有较高的热稳定性及抗氧化性能,表现出优异的热疲劳性能,而且激光冲击处理可以使渗铝层组织更加致密并且与基体结合更加紧密。