钢板热浸镀铝锌合金镀层的形成过程及其结构分析

分析了Q235冷轧钢板在620℃下浸镀55％铝锌合金时镀层的形成过程和机理,测定了金属间化合物层的孕育期长大动力学曲线。认为镀层的化合物层最初成的是Fe-Al-Si三元化合物,且需要4－5s的孕育期。浸镀时间较长时,化合物则主要由Fe2Al5和Fe2Al3所组成,合金层的外层来自镀浴表层,内层来自浸镀过程中所形成的边界层。内层的合金层的结晶过程中可能也会形成部分金属间化合物。     

Si含量对热浸镀Zn-15% Al层组织的影响

为了解合金浴中Si含量对低Al含量的热浸镀Zn-Al层组织的影响,将Q235钢浸入不同Si含量的Zn-15%Al合金浴中浸镀不同时间,制备了热浸镀Zn-15%Al层。利用扫描电镜、能谱仪等观察镀层形貌结构、分析镀层成分,研究了Si含量对镀层组织的影响。结果表明:Zn-15%Al合金镀层分为Fe-Al界面反应所形成的金属间化合物层和由富Al枝晶和枝晶富Zn相组成的自由层;少量的Si就能强烈地抑制Fe-Al反应,使化合物层减薄,并使自由层晶粒细化;随Si含量的增加,化合物层由Fe2Al5相和FeAl3相向Fe-Al-Si三元化合物4相转变;化合物层厚度随Si含量的增加总体呈减薄趋势,但略有波动;合金浴中含Si时,化合物层主要受扩散控制,其厚度呈抛物线生长规律。     

金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

针对在铝/钢焊接过程中,钢的表面金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头性能有着重要影响的问题,研究铝合金在不同金属镀层的低碳钢表面的铺展效果,通过SEM对不同金属镀层下熔钎焊接头界面微观组织形态、金属间化合物厚度、种类等进行分析,并进一步研究不同金属镀层下铝/钢接头的力学性能及断口形貌。结果表明:钢表面的金属镀层对铝/钢激光熔钎焊过程中5A06铝合金在钢上的铺展与浸润有着较大的影响,其中5A06铝合金在镀铝钢上的铺展效果最佳,且铝合金与镀铝锌钢熔钎焊的接头抗拉性能最好,达到母材铝合金的70%。铝/钢界面金属间化合物主要由铝铁金属间化合物组成,其中在镀铝钢、镀铝锌钢、镀锌钢中主要存在Fe2Al5,FeAl3,FeAl等金属间化合物,在镀镍钢界面中还存在Fe4Al13等金属间化合物。     

热浸镀55%Al-Zn钢板镀层人工断口分析

采用特殊的镀层人工断口试样的制备方法,成功获取了工业化条件下生产的热浸镀55%Al-Zn钢板镀层断口试样。通过扫描电镜观察和能谱分析,确定了镀层组织的显微断口特征及微区元素成分。结果表明:镀层由两部分组成,一层为外表面的铝-锌合金层,一层为钢板与铝-锌合金层之间的铁-铝-锌-硅合金过渡层。同时还观察到过渡层的生长以及富锌相的形核、长大过程。     

钢板热浸镀55%Al-Zn合金镀层的组织及其形成过程

热镀55%Al-Zn合金(GL)的组织结构对稳定GL镀层质量、提高其性能至关重要,以往对其组织结构的变化规律研究不够。采用金相法和扫描电镜观察了GL镀层的组织结构,分析了镀层组织中各相的形成过程。结果表明:镀层由2部分组成,一层为Al-Zn合金层,一层为钢板与Al-Zn合金层之间的过渡层;Al-Zn合金层的组织包括65%左右的树枝晶、30%左右位于树枝晶间的偏析组织以及5%的富硅相粒子,过渡层主要为Zn和Si原子以置换固溶的形式溶入到FeAl3中形成的固溶体。     

钢材热浸镀低铝含量锌铝合金层的形成、影响因素及性能评价

热浸镀低铝含量锌铝合金的耐蚀性优良,铝含量对锌铝合金镀层的性能有较大影响。总结了热浸镀锌铝合金镀层的组成,对热浸镀锌铝合金低铝含量时镀层的形成过程进行了描述,分析了钢中Si,Mn,P等常规元素对锌铝合金镀层中Fe-Al金属间化合物形成的影响;阐述了热镀锌铝合金层的工艺特点及性能评价方法;指出了今后热镀锌铝系多元合金层的研究方向。     

硅含量对热浸镀Zn-40%Al合金层凝固组织及耐蚀性的影响

为了改善Zn-40%Al合金热浸镀层的性能,在Zn-40%Al合金中加入了Si,研究了不同硅含量对Zn-40%Al合金镀层凝固组织及耐蚀性的影响。结果表明:当硅含量在0.5%～1.5%时,随着硅的增加,镀层凝固组织中的铝硅共晶组织不断增多,富铝相晶粒不断被细化,富铝枝晶相排列越来越规则,镀层的耐蚀性不断增强;当硅达到2.0%时,镀层会出现漏镀缺陷;硅的加入能在镀层表面形成具有优良腐蚀性的Al3.21Si0.47,有利于镀层耐蚀性的提高。     

热镀锌和锌铝合金镀层的微观组织及盐雾腐蚀行为

采用间歇式中性盐雾加速试验方法研究了Q235钢热镀锌及55Al-Zn合金镀层的腐蚀行为，利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析了镀层的微观组织和腐蚀产物的成分。镀层的微观组织分析结果表明热镀锌层由表及里是η相（纯锌），ζ相（FeZn13),δ1相（FeZn7）和α固溶体组成；热镀锌铝合金镀层由两层组成，外层由富锌和富铝两相固溶体组成，内层由单一的η相（Fe2Al5)组成。盐雾试验和腐蚀产物分析结果表明，热镀锌铝合金层的耐腐蚀性能优于热镀锌层。     

激光熔覆制备Fe3Al金属间化合物覆层的组织结构

为了研究激光熔覆工艺条件下Fe3Al金属间化合物合金层的组织结构特点,以纯Fe3Al粉 1%Y2O3为原料在钢基体表面激光熔覆Fe3Al金属间化合物,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射试验方法等对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.试验获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂的合金层,合金层与基体间完全冶金结合,但存在裂纹现象;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,覆层组织为粗大等轴状晶团,等轴状晶团由大量极细小的条状Fe3Al晶粒构成,一些相邻的条状晶粒之间具有基本一致的晶体学取向.     

热成型钢板、铝硅镀层钢板和热镀纯锌镀层钢板的耐蚀性研究

过去几年,热成型镀层钢板被广泛用于汽车轻量化零部件,以满足汽车工业日益严苛的燃油消耗、温室气体排放和乘员安全性法规要求。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和盐雾试验箱等设备,对裸板、锌基镀层和铝硅镀层热成型钢板的形貌和腐蚀性能进行对比分析。结果表明：3种热成型材料的金相组织均为马氏体和少量残余奥氏体组织;铝硅镀层和锌基镀层热成型钢板镀层完整,未出现贯穿到基材的裂纹;热成型裸板脱碳层深度约为10μm,铝硅镀层由α-Fe相、Fe₂Al₅相、FeAl相和Fe₂Al₅相4层结构组成,锌基镀层主要由α-Fe相组成;裸板、铝硅镀层、锌基镀层热成型钢板在中性盐雾环境下出现5%红锈的时间分别为6,76,96 h,腐蚀深度分别为257,134,66μm;经电泳处理后的裸板、铝硅镀层、锌基镀层热成型钢板在中性盐雾环境下的腐蚀宽度分别为75.6,42.3,143.8μm,腐蚀深度分别为32.2,7.0,2.5μm,抗腐蚀性能排序为锌基镀层电泳板>铝硅镀层>裸板。     

Al-Si镀层热成形零件表面颜色差异性研究

目的研究加热温度、加热时间等工艺参数对Al-Si镀层材料在热成形过程中存在的表面颜色差异、镀层厚度和扩散层厚度的影响规律,及影响零件表面颜色差异的主要原因。方法在不同加热时间及加热温度条件下,对厚度为1.0 mm的新日铁Al-Si镀层材料进行热冲压试验,测量热成形零件的镀层厚度和扩散层厚度,并对典型不同颜色零件表面进行SEM及EDS分析研究。结果 Al-Si镀层热成形零件表面颜色与加热温度和加热时间存在较好的对应关系,同时镀层厚度及扩散层厚度随着加热时间的增加及加热温度的提高而增大,Al-Si镀层热成形零件表面的颜色与镀层中不同铁氧化物的混合比例存在较好的对应一致性。结论Al-Si镀层热成形零件表面颜色的状态可以间接反应镀层厚度及扩散层厚度。     

碳钢坩埚表面渗铝复合涂层

以碳钢板为基板材料, 通过表面渗铝和高温化学反应在其表面形成复合保护涂层。研究了反应层厚度与反应温度、时间之间的关系, 并用光学显微镜、XRD对涂层形貌、相组成进行了表征。实验结果表明: 反应产物层厚度随反应温度、时间的增加而增加; 复合涂层由过渡层和反应产物层组成, 过渡层组成为Fe₃Al及少量Fe₂Al₅、Fe₁₄Al₈₆、Al₂O₃, 反应产物层组成为TiB₂、MgO和少量的Mg₂TiO₄、Mg₂B₂O₅、Fe₃Al、FeAl、Ti₂B₅。      

包埋渗铝法制备Fe-Al渗层及其扩散机制

包埋渗铝法可在钢基体表面制备出一层致密、坚固、连续的Fe-Al渗层,以改善基体性能。本文在不同温度和不同时间下对Q235低碳钢进行包埋渗铝,形成Fe-Al渗层,采用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法研究了渗铝层的物相结构、表面及截面形貌和成分,采用显微硬度仪测量了截面硬度。结果表明,不同渗铝温度下获得的渗铝层,主要含有Fe₂Al₅和FeAl₃两相,且750℃得到的渗层存在较多Fe₂Al₅相;随着渗铝温度升高,Fe-Al渗层厚度增加,Al原子扩散系数增大,但显微硬度降低;不同渗铝时间下制备的渗铝层,物相仍以Fe₂Al₅和FeAl₃为主,但随着渗铝时间延长,FeAl₃含量减少,且Al原子扩散系数变大,渗层显微硬度略有降低。在进一步分析Fe-Al渗层形成的热力学与动力学基础上,总结了渗铝层形成的扩散机制。     

Aluminum Coatings for Steel

Aluminum coated steel possesses excellent oxidation and corrosion resistance in sulfur and marine: environments and can substitute for expensive alloy of steels. Hot dip aluminizing (HAD) and pack cementation calorizing (CAL) are dealt with in detail. IN HDA coats, some alloying action takes place, when the substrate is dipped in molten Al at 973 K for 1-2 minutes. The coat consists of an outer pure Al layer, followed by a hard intermetallic layer consisting of FeAl₃ and Fe₂Al₅, forming a serrated interface with the base. Isothermal holding of such samples at 773-933 K for 10 minutes leads to further diffusion and phase changes. This improves resistance to thermal shock and bending. In CAL coats, the process parameters (1173-1223 K/2-4 h and pack composition), were optimized, resulting in appreciable alloying. The surface layer consists of Fe3Al and FeAl, which is comparable to the inner alloy layer of HDA coats. The structures/ property correlation is carried out for both coatings and the results compared.     

Structures of intermetallic phases formed during immersion of H13 tool steel in an Al–11Si–3Cu die casting alloy melt

The structures of intermetallic alloy layers formed during immersion of H13 tool steel into an aluminium die casting alloy melt have been studied by X-ray diffraction. Energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis on the intermetallic phases was also conducted. A thick composite layer away from the H13 steel substrate consisted of irregular intermetallics and solidified cast alloy. A thin intermetallic layer was present between the thick composite layer and an inner compact layer next to the steel substrate. The intermetallic phase in the composite layer was found to have a cubic structure, _bcc-(FeSiAlCrMnCu). The thin layer was identified to be structurally isomorphous with hexagonal _H-Fe₂SiAl₈. The compositional difference between _H and _bcc intermetallic phases was mainly that the latter consisted of a higher amount of Cr+Mn+Cu. This is consistent with the suggestion that chromium, manganese and copper stabilise _bcc phase at the expense of _H phase. The inner compact layer next to the steel substrate was identified to be isomorphous with orthorhombic η-Fe₂Al₅.     

WC-氧化石墨烯/Ni复合熔覆层的制备及形成机制

采用真空熔覆技术制备了WC-氧化石墨烯(GO)/Ni复合熔覆层,运用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪观察并分析在不同温度下熔覆层内显微形貌的变化与物相组成。结果表明:在ZG45表面制备了组织致密、与基体形成良好冶金熔合的WC-GO/Ni复合熔覆层;熔覆层的微观结构组成从表面至基体依次是约1.5 mm厚的复合层、360 μm左右的过渡层、50 μm左右的扩散熔合层和100 μm左右的扩散影响层,其主要组成相有Cr₇C₃、FeNi₃、WC、Cr₂₃C₆、Ni₃Si、C、Fe₇W₆、γ-Ni固溶体等,FeNi₃、Fe₇W₆分散在冶金熔合带,扩散影响区主要组织为珠光体;复合区的物相尺寸小于界面区的物相尺寸,熔覆层形成过程中复合区的金属颗粒变化先于界面区,凝固时熔化不完全的颗粒表面长出团簇物(Cr₇C₃/Cr₂₃C₆),随着保温长大逐渐变成针状物镶嵌在Ni基固溶体中。      

Al/Mo-C中间层对锆合金表面Zr2Al3C4涂层界面性能影响

锆合金表面涂层研究作为提高核燃料包壳事故容错能力的重要技术手段之一, 能够有效解决失水事故下锆水反应的问题。Zr₂Al₃C₄以其优异的抗氧化性能和适用于核环境的化学组分而成为锆合金包壳的候选涂层材料之一。由于Zr₂Al₃C₄涂层与锆合金基底之间的元素扩散以及热膨胀系数不匹配等问题, 在其上制备Zr₂Al₃C₄涂层的相关研究较少。本研究通过磁控溅射结合后续热处理工艺, 以Al/Mo-C作为扩散屏障层, 在锆合金基底上制备Zr₂Al₃C₄涂层。结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段, 研究了Al/Mo-C中间层对涂层的相和微观结构的影响。结果表明, 在800 ℃退火3 h后, 未添加中间层的涂层开裂, 同时由于Zr-Al-C涂层与基底之间存在明显的元素扩散, 导致Zr₂Al₃C₄无法成相。Al/Mo-C中间层作为扩散屏障, 能够有效阻止退火过程中Zr-Al-C涂层和基底之间的元素扩散, 从而大大降低Zr-Al-C涂层与标准化学量比的偏差, 有利于最终涂层中Zr₂Al₃C₄相的形成。此外, 该扩散屏障层能够抑制Zr₂Al₃C₄涂层在退火过程中产生裂纹, 同时将退火态涂层与锆合金基底的结合力提高30 N。     

钎焊工艺对SiC/Kovar真空钎焊接头组织与性能的影响

采用Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu软性复合中间层钎料,研究了钎焊温度(810℃-900℃)、保温时间(5 min-30 min)对SiC陶瓷和Kovar合金真空钎焊接头组织及力学性能的影响。结果表明,随着钎焊温度的升高,两侧母材溶解加剧,陶瓷侧界面反应层TiC变厚,焊缝中脆性相Fe₃Si、Ni₂Si含量增多,不利于残余应力的释放,其接头抗剪强度呈下降趋势。随着保温时间的延长,焊缝微观组织形貌变化不大,陶瓷侧界面反应层厚度先增加后保持不变;Cu(s,s)倾向于聚集在Kovar合金周围,其接头抗剪强度呈先升后降的趋势。当钎焊温度为810℃,保温时间为15 min时,钎焊接头抗剪强度最大,为33 MPa,其接头组织为:SiC陶瓷/TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s)/Fe₂Ti+Fe₃Si/Kovar合金。     

Characterization of Plasma Nitrided and PVD-TiN Duplex Treated Armco Iron and En40B Steel by Nanoindentation

The nanoindentation test has been applied to evaluate the mechanical properties such as hardness, elastic moduli and deformation behaviors of Fe₄N iron nitride layers produced on Armco iron and En40B steel by plasma nitriding, and PVD-TiN coatings deposited on En40B with or without prior plasma nitriding treatment. Results showed that the Fe₄N layer produced on En40B exhibits higher hardness than that on Armco iron. This is attributed to the effect of the alloy compositions, especially Cr element. However, similar elastic modulus values to that of bulk ferrous alloys have been found for Fe₄N layers produced on both Armco iron and En40B. Under lower loads, TiN coatings on nitrided substrate behave quite the same in hardness and elastic modulus as TiN coatings on untreated En40B. Whilst with increasing indentation load and depth, duplex treated (i.e., combined plasma nitriding and PVD-TiN coating) En40B possesses higher composite hardness, elastic modulus and load bearing capacity than TiN coated base material.     

Fe基高温合金涂层封填C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及抗烧蚀机制

为了改善C/C-ZrC-SiC复合材料在高超声速飞行器热防护领域的使用性能,采用低压悬浮浸渗法制备出Fe基高温合金涂层封填C/C-ZrC-SiC复合材料。利用XRD、SEM、EDS等手段研究氧乙炔焰烧蚀前后Fe基高温合金涂层封填C/C-ZrC-SiC复合材料表层微观结构演变规律,阐明了Fe基高温合金涂层对C/C-ZrC-SiC复合材料烧蚀行为的影响。结果表明:C/C-ZrC-SiC复合材料在1 650℃的大气环境下并通过低压悬浮浸渗法浸渗2 h后,其表层形成一层均匀、致密、且结合紧密的Fe基高温合金涂层。在2 500℃下烧蚀180 s后,改性后的C/C-ZrC-SiC复合材料表面出现较小的烧蚀坑,质量烧蚀率相比未表面改性的试样降低了8%,线烧蚀率降低了35%。且表面生成一层均匀致密的Fe₂O₃-ZrO₂复合氧化物保护层,大大降低了表面裂纹、孔洞等缺陷的产生,从而降低了氧的扩散速率及缺陷带来的应力集中。最终Fe基高温合金覆盖层提高了C/C-ZrC-SiC复合材料的高温抗氧化性和抗机械剥蚀性能。