火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅱ):蒸汽氧化、强度及组织演化

目的 分析表征锅炉管内壁铝化物涂层的综合性能。方法 通过动态高温蒸汽氧化实验、高温拉伸试验、高温持久试验和650 ℃/10 000 h热暴露实验,分别评价Super304H锅炉管内壁铝化物涂层的抗蒸汽氧化性能、高温强度、高温持久性能和涂层组织时效稳定性,并通过X射线仪、电子显微镜和能谱技术分析涂层结构与物相、氧化产物和断口特征。结果 采用料浆法可在Super304H锅炉管内壁制备厚度约40 μm的铝化物涂层,涂层以FeAl相为主,且与母材呈冶金结合。在650 ℃、1000 h饱和蒸汽氧化过程中,涂层表面生长极薄的α-Al2O3,氧化膜厚度小于1 μm,抗氧化能力优于表面喷丸Super304H及更高Cr含量的HR3C合金。在650 ℃高温,涂层Super304H合金的强度与断裂韧性与母材相当,持久寿命与母材持平,蠕变断裂位置未发生在涂层一侧。650 ℃长时热暴露过程中,涂层由FeAl相向Fe3Al相退化。结论 涂层制备过程未对合金母材组织有显著影响,铝化物涂层显著提高了Super304H合金650 ℃饱和蒸汽氧化性能,对合金的高温力学性能无显著影响。长时热暴露后,涂层与基体互扩散造成组织退化。     

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。     

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。     

G115和T92钢表面FeAl渗层制备及其抗高温水蒸汽氧化性能

采用粉末包埋法对G115和T92钢表面进行低温渗铝,测试了两者渗铝前后在高温水蒸汽环境下的氧化行为.结果表明,在660℃水蒸汽环境下,G115钢的抗氧化性能优于T92钢;G115与T92钢表面制备的FeAl渗层具有优秀的抗高温水蒸汽氧化性能.同等实验条件下,渗铝试样的氧化增重比无渗层试样低两个数量级;G115钢中W、Cu等元素有利于渗层在高温水蒸汽中的稳定,可以有效地降低Al的扩散速率.     

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。     

Pd-Ni-Al涂层的抗高温循环氧化性能

在IN738镍基高温合金上，采用低压固体粉末包埋渗铝方法制备钯改性铝化物涂层。利用TGA、XRD、SEM以及金相等方法，研究了Pd-Ni-Al涂层在1050℃的高温氧化行为。结果表明：与NiAl涂层相比，Pd-Ni-Al涂层表面氧化膜粘附性优良，改性涂层的退化相γ'远少于普通NiAl涂层，显示出优良的高温稳定性。添加改性元素Pd，提高了铝化物涂层的抗循环氧化性能。     

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。     

Pd对K17合金低压固体粉末包埋渗铝工艺的影响

研究了在高温合金K17表面上低压固体粉末包埋(LPPC)渗铝工艺.实验结果表明:在合金表面电镀Pd-20wt%Ni合金后,在950℃和1050℃渗铝制备铝化物涂层,与未经过电镀处理的样品相比,其渗铝速度得到提高,形成铝化物涂层的动力学在950℃和1050℃时符合抛物线规律.在950℃时,"S"渗铝量占总渗铝量的比例略大于18%,在1050℃时该比例为44.2%～47%,和渗铝温度有关,与样品预处理状态无关;提高渗铝温度,"S"渗铝比例提高.Pd元素加快了元素的扩散速度,促进了涂层的生长.     

(Ni,Pd)Al涂层的抗高温氧化性能

采用低压固体粉末包埋渗铝方法在M38镍基高温合金上制备钯改性铝化物涂层，利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法，研究其l100℃的高温氧化行为．结果表明，(Ni，Pd)Al涂层的恒温氧化动力学近似符合抛物线氧化规律．与NiAl涂层相比，(Ni，Pd)Al涂层具有更优良的抗高温氧化性能，退化过程与NiAl涂层类似．添加改性元素Pd有利于稳定β相，延缓涂层的退化，有益于提高铝化物涂层的抗高温氧化性能．     

低碳钢表面抛丸加速制备纳米铝化物涂层的研究

将粉末包埋渗铝与抛丸过程相结合,在440-600℃相对较低的温度范围内,在低碳钢表面制备纳米结构的铝化物涂层.涂层为单层结构,均匀致密,呈现纳米结构特征,晶粒尺寸20nm左右.涂层由富铝相Fe-Al化合物组成,主要有η-Fe2Al5相和少量的θ-FeAl3相和β-FeAl相.合金球的冲击作用导致表面纳米化,加速表面原子扩散过程,使铝化物涂层可以在相对较低的温度下形成.