低碳钢喷铝扩散法渗铝的组织分析

研究了20钢表面火焰喷涂铝后扩散处理工艺.通过SEM和EPMA分析了喷铝扩散渗层的组织结构及成分变化情况,并进行了显微硬度测试.结果表明：喷铝扩散涂层由表及里依次为ζ相（FeAl2）,β2相（FeAl）,β1相（Fe3Al）相及α相,其中β2相为主要相,各相间平衡过渡.渗层具有较高的硬度.     

冷喷涂辅助原位合成高铝青铜涂层的组织与性能

提出了一种冷喷涂辅助原位合成高铝青铜合金涂层的方法,使用该方法在45~#钢基体上制备了高铝青铜涂层。通过SEM、EDS、XRD分析涂层微观形貌和物相组织;采用销-盘式摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能;用CHI660D电化学测试系统测合金涂层耐腐蚀性能。结果表明:冷喷涂辅助原位合成高铝青铜合金涂层的组织是以β相、α相、γ_2相和k相为主的典型高铝青铜合金组织。原位合成的高铝青铜合金涂层结构致密、孔隙率低,具有良好的机械性能和耐磨、耐腐蚀性能,与铸态块体高铝青铜合金的性能接近。涂层的硬度(HV)为3570 MPa,与氧化铝的干摩擦系数为0.320。在3.5%Na Cl和5.0%H_2SO_4(质量分数)腐蚀介质中的稳定电压分别为-366和-387 m V。     

激光熔覆AlCrCoMnNiFe合金涂层及性能研究

采用预置粉末法在45钢表面激光熔覆制备AlCrCoMnNiFe涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层的组织、合金元素分布及物相组成进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站测试涂层硬度、耐磨性以及耐蚀性。结果表明,涂层表面成型质量较好,组织均匀致密,存在等轴晶和柱状晶两种形态,主要由γ、Al_(5.5)Cr_(1.9)Fe_(2.55)、(Ni,Co)_3Al_4、(Al,Fe)_4Cr和AlMnCo_2相组成。涂层的硬度最高可达780 HV0.2,硬度和耐磨性比基体提高2倍多。涂层的自腐蚀电位较基体提高3倍,自腐蚀电流密度较基体小,涂层耐蚀能力提高明显。     

超音速电弧喷涂FeAlNbB涂层的微观组织及性能

利用超音速电弧喷涂技术在20钢基体上制备Fe Al Nb B涂层,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析涂层的显微组织、相结构,测试了涂层的硬度。结果表明:该涂层的组织均匀,结构致密,孔隙率较低,为2.08%;涂层主要由α-Fe、Al相组成,并含有微量的铁和铝的氧化物(Fe_2O_3、Al_2O_3);该涂层的显微硬度为基体的4倍多。     

Mn元素对热浸镀Al-10Si-2Fe合金镀层显微组织的影响

在高强钢热浸镀铝硅合金中,通常会有一定量Mn溶解到镀液中,对镀层凝固组织产生影响。本文研究了热浸镀用Al-10Si-2Fe合金中Mn元素对凝固组织及富铁相的影响规律。结果显示,随着Mn含量的增加,铝硅合金中富铁相形貌转变过程如下:针状→汉字状→星状→多边形。借助Pandat软件在热力学层面解释了Mn添加后铝硅合金中β-Al_9Fe_2Si_2相向α-Al_8(Fe,Mn)_2Si相转变的原因。此外,给出了添加Mn后的渣量计算结果,认为铝硅熔液中最佳Mn含量(质量分数)应为0.8%～1.0%。     

碳弧堆焊和激光熔覆铁基合金粉块涂层的组织及性能

采用碳弧堆焊和激光熔覆法将Fe-05合金粉块分别熔覆在Q235钢基体表面。分析了涂层的显微组织和物相组成。测试了涂层的显微硬度和磨损失重。研究了熔覆工艺对涂层组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明,碳弧堆焊和激光熔覆涂层的显微组织为黑色基体相上分布着白色的物相。其中黑色物相为基体α-(Fe,Cr)固溶体,白色物相主要为(Fe,Cr)_7C_3、Cr_(23)C_6、Cr_7C_3、Fe_2B、Fe_3B、Cr_3C_2、CrFeB及Ni_3Si。碳弧堆焊和激光熔覆涂层中均有裂纹产生,裂纹类型均为穿晶裂纹。激光熔覆涂层的显微硬度高于碳弧堆焊层,平均显微硬度约为989 HV。激光熔覆涂层的耐磨性高于碳弧堆焊涂层。     

CVD法制备铝化物涂层组织结构的温度依赖效应

铝化物涂层制备技术由于非视线性沉积优势广泛应用于燃气轮机关键热端部件上,可在部件外表面以及内腔表面制备抗氧化耐腐蚀铝化物涂层。涂层的组织结构是影响其服役性能的关键,然而如何调控铝化物涂层的组织结构从而获得理想性能的涂层是目前研究的难点问题。针对这一问题,研究了关键制备参数温度对铝化物涂层组织结构的影响作用。首先,采用化学气相沉积方法(CVD)在Mar-M247镍基高温合金表面制备了不同沉积温度下的铝化物涂层。然后,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及能谱分析仪(EDS)分析了铝化物涂层的显微组织结构、物相组成以及合金元素在涂层中的分布情况。结果表明,不同沉积温度下所得到的铝化物涂层均为双层结构,外层是富含Al元素的β-NiAl层,内层为富含拓扑密排相(TCP)的互扩散层;随着沉积温度的升高,β-NiAl层与互扩散层的厚度逐渐增加,两者与温度之间具有正相关关系。本研究揭示的温度参数对铝化物涂层组织结构的作用规律可为高性能CVD法铝化物涂层的制备提供参考。     

硼硅共渗增强激光重熔Ni基WC喷焊层耐磨性的研究

采用氧-乙炔火焰喷焊在Q235钢上制备NiCrBSi-WC涂层,使用激光对喷焊层表面改性处理后在电炉中进行固体硼硅共渗。通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计等对处理前后涂层组织的微观形貌、物相和显微硬度进行分析,使用摩擦磨损实验机研究对比处理前后各涂层的耐磨性能。结果表明:喷焊层表面微孔及夹杂在激光扫描处理后变得平整、致密,涂层主相Ni_(2.9)Cr_(0.7)Fe_(0.36)、FeNi_3成分未变,但主相在晶面排列上具有择优取向性且结晶度提高。WC部分分解为W_2C、W及C,C被固溶进Ni基中使Cr_3C_2等碳化物相增多,淬硬层深度达0.25mm,显微硬度提高到9090MPa,耐磨性能得到提高。在涂层激光重熔的基础上硼硅共渗能够增加Ni_3B、Ni_2B、NiSi等硼化物及硅化物硬质相,平均摩擦系数由0.583降低为0.428,耐磨性较激光处理后提高近1倍。     

铝含量对Mg-6Zn-xAl-1RE合金显微组织和力学性能的影响

试验研究了铝含量(质量分数/%,下同)对Mg-6Zn-xAl-1RE(x=4,5,6)合金显微组织和性能的影响。结果表明,试验合金主要由α-Mg、呈断网状分布在晶界上的三元相β(Mg_(17)(Al,Zn)_(12))相、杆状的Mg-Al-Zn-RE四元稀土相和一些呈球状的Al_2MnRE相组成。随着铝含量增多,α-Mg晶粒尺寸逐渐变细,三元相β(Mg_(17)(Al,Zn)_(12))相的含量也逐渐增多,合金的显微硬度、抗拉强度和伸长率均逐渐提高。     

冷却速度对制备AlCuFe准晶的影响

采用常规铸造法制备了Al_(64)Cu_(24)Fe_(12)准晶,研究了不同冷却速度对准晶的组织和相变化的影响。结果表明:铸态时,试样中的主要组成相基本相同为λ((Al-Cu)_(13)Fe_4)、I(Al_(64)Cu_(24)Fe_(12))、β(τ)(Al(Fe,Cu))、η(AlCu)相。其中冷却速度越大准晶合金的微观组织晶粒越细小,对先析出相λ相的抑制越明显。经过820℃保温6 h热处理后所有试样中都得到成分趋于单一的I相。而与其他试样相比,冷却速度最快的试样表面组织形貌更加平整,I相更加均匀单一化。     

Pt/Zr共改性铝化物涂层的抗高温氧化性能研究

采用电镀Pt和化学气相沉积Al-Zr共渗两步法制备了一种Pt/Zr共改性铝化物涂层,并对其进行了组织结构表征和1000℃抗高温氧化性能测试。结果表明:Pt/Zr共改性铝化物涂层外层主要相为β-(Ni,Pt)Al,同时含有少量的PtAl_2和PtZr相。在1000℃氧化300 h后,Pt改性铝化物涂层和Pt/Zr共改性铝化物涂层中均有大量的有益相β-NiAl存在,表现出很好的抗高温氧化性能;Pt/Zr共改性铝化物涂层比单一的Pt改性铝化物涂层具有更低的氧化速率,其表面氧化膜也更加致密,这是因为在保护性的Al2O3膜下方形成了条状的富Zr氧化物,可以起到钉扎的作用。     

深过冷Al_(46.2)Fe_(36.6)Ti_(17.2)包共晶合金的快速凝固及组织演变

采用落管无容器处理技术实现了Al_(46.2)Fe_(36.6)Ti_(17.2)三元包共晶合金的深过冷与快速凝固,获得直径为130~1 150μm的合金粒子,其过冷度范围为202~30 K。研究发现,在自由落体条件下,合金熔体在快速凝固过程中呈现显著的溶质截留效应,包共晶转变进行得不彻底,凝固组织中包含Fe_2Ti相、Fe Al相和τ_2相,其中Fe_2Ti相为初生相,组织呈现枝晶形貌,Fe Al相和τ_2相形成层片状包共晶组织。随着液滴直径的减小,冷却速率增加,过冷度增大,凝固组织中初生Fe_2Ti相的形貌由粗大枝晶逐渐变为细碎枝晶,一次枝晶轴长度与粒子直径呈线性减小关系;包共晶组织由长条状层片变为球状胞,并且层片间距呈指数型减小。     

HVOF喷涂制备MCrAlY涂层不同处理后的组织性能分析

采用WokaStar-600(Sulzer Metco公司生产)HVOF喷涂系统制备MCrAlY涂层,并对原涂层、封闭涂层及热震处理后涂层进行了组织形貌分析.结果表明:涂层中主要为fcc结构γ-Co(Ni)和bcc结构β-Co(Ni)Al相;封闭热处理后涂层组织更均匀,涂层内Al颗粒减少,β相减少,γ相增多,涂层氧化少,硬度增加;热震处理后涂层β-Co(Ni)Al相、Y2O3和Al颗粒增多,硬度降低.     

Ti811表面TC4激光熔覆层中β相偏析行为研究

在Ti811合金表面,利用同步送粉激光熔覆技术,制备了TC4激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪等手段分析了涂层组织和β相偏析行为。结果表明,涂层组织出现了典型的β相偏析现象,在涂层中以大块的暗色区域存在;涂层的非β相偏析区微观组织呈现出魏氏体结构,在α-Ti组成的晶界中分布着大量针状马氏体α′-Ti相和少量残留β-Ti相,纳米α_2相弥散分布在涂层中;涂层的β相偏析区域出现了大面积残留β-Ti相,晶界α-Ti相和针状马氏体α′-Ti相的特征和数量明显减少,主要是因为激光熔覆形成的熔池冷却速度极快,原始β晶粒来不及相变所导致。     

T8钢硼钛铌共渗层中夹缝组织的相结构研究

用透射电镜、显微硬度计和电子探针研究了T8钢硼钛铌共渗层的相结构及元素分布。结果表明,表层FeB晶界处有TiC和NbC,里层(Fe,M)_2B针间和前沿存在岛状的夹缝组织,其显微硬度值为280～550HV_(0.1)夹缝组织由α—Fe、Fe_3Si、Fe_5Si_3、Fe_5SiB_2、Fe_(4.9)Si_(2.0)B_(1.0)、Fe_3(Si,B)及FeCSi组成。共渗层中硅与碳的分布不均匀,富集区大多在(Fe、M)_2B齿间和前沿。     

AZ31镁合金铝涂层机械研磨振动热扩散研究

以AZ31镁合金热喷涂铝涂层为研究对象,用自制的振动热扩散装置,进行一定温度热扩散或在热扩散的同时进行振动机械研磨处理,研究比较了振动热扩散对镁合金热喷铝涂层的影响.采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察涂层表面、截面形貌,对涂层界面进行能谱分析,利用显微硬度计测量不同工艺下涂层与镁基体界面处硬度变化,利用X射线衍射分析涂层与基体界面处扩散区域相组成,用电化学工作站测得涂层极化曲线,通过盐水浸泡分析比较了不同工艺处理后镁合金的耐腐蚀性.结果表明:镁合金喷铝涂层经360～400℃保温2h热扩散或振动热扩散(机械研磨热扩散),在涂层与镁基体的界面处镁铝原子有不同程度的互扩散,并有镁铝Al12Mg17相生成,界面硬度有极大提高,振动热扩散使涂层明显致密化并形成连续析出相,能有效提高涂层的耐腐蚀性能.     

镍基高温合金上Co改性铝化物涂层的组织结构与耐蚀性能

为研究Co改性铝化物涂层在室温环境中的耐蚀性,利用包埋法渗Co和气相沉积渗Al(两步法)制备出两种不同Co含量的Co改性铝化物涂层,采用XRD、SEM、EDS分析涂层的组织结构。结果表明:850℃和1 000℃渗Co涂层外层和内层均为γ-(Ni,Co)相,内层有氮化物/碳化物相析出。Co改性铝化物涂层与简单NiAl涂层结构一致,外层为β-(Co,Ni)Al相,内层为互扩散区含有大量的富Cr(W)相。简单NiAl涂层的自腐蚀电流为0.04μA/cm2,约为Co改性铝化物涂层的十分之一。这说明在涂层中添加Co降低涂层的耐蚀性,一方面因为Co的腐蚀电位(-0.28V)低于Ni的腐蚀电位(-0.25V),另一方面因为渗Co过程中产生的夹杂物与涂层电位不一致,容易成为微阴极区,加速涂层的腐蚀。     

激光熔覆铁基合金涂层的组织及耐蚀性能

采用激光熔覆技术在DH36钢基体上制备铁基合金涂层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计等手段对涂层的物相结构、显微组织和显微硬度进行分析,采用极化曲线对比分析Fe基涂层和基体在人工海水中的耐蚀性。结果表明:涂层和基体结合良好,涂层中生成(Cr,Fe)_7C_3、Fe_3C硬质相和双重致密的氧化膜,涂层的结合区主要为平面晶和定向向上生长的柱状晶,中上部为细小的树枝晶,由于合金元素的固溶强化、碳化物的弥散强化和细晶强化的共同作用,涂层的平均显微硬度为1 026.11 HV_(0.2),为基体硬度的5.21倍,涂层的耐蚀性明显改善。     

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。     

纯铜表面热喷涂扩散制备铝化物层工艺与组织结构

在纯铜表面电弧喷涂纯铝涂层,然后于800℃～900℃加热扩散2h～5h,获得厚度不同的铜铝化合物渗层;并对该工艺与其组织结构进行了研究.结果表明,除加热温度与加热时间外,喷涂铝涂层的厚度也直接影响形成铝扩散层的深度和组织结构,喷涂的铝涂层越厚得到的铝扩散层越厚;铝扩散涂层具有两层结构,外层继承了原喷涂层的一些特征,存在一些氧化铝和孔洞,并且溶入了很大比例的铜原子,扩散层的内层是铝原子扩散入铜基体生长的结果;内、外扩散层的主体均由金属间化合物Cu9Al4和含铝的α-Cu固溶体相构成,但在各区中两相的比例不同.