钢材浸铝和浸扩铝工艺及表层组织性能的研究

普通钢热浸铝后,形成了具有耐热及耐蚀双重性能的复合新材料。本研究首先针对钢材熔剂法热浸铝工艺中助镀剂存在的问题,提出一种低温预镀的三元助镀剂。在此基础上深入分析了浸铝表层厚度变化的动力学过程、形成机理及组织结构。同时系统地研究了浸铝后扩散(浸扩铝)对表层组织结构及抗氧化性的影响规律。 在表层动力学过程研究中,首次发现表面层厚度随时间的变化经历了先减薄达到谷值,然后又增加达到峰值,再减薄、最后趋于稳定的三个阶段。而过渡层的厚度变化大致符合抛线增长规律,其扩散激活能为139.6kJ/mol。通过对镀层形成机理分析,得出表面层厚度变化的第Ⅰ阶段为铝液的凝固—重熔过程,而第Ⅱ及第Ⅲ阶段则为铝液与试样表面浸润及凝固过程,并提出了耐蚀性浸铝工艺的优化准则。 通过高温氧化及组织观察查明,浸铝层直接用于高温环境时,当表面层通过扩散消失后,钢表面形成脆性Fe_2Al_5相柱状晶,在氧化过程中极易开裂产生内氧化。对此,本研究首次提出对浸铝层表面保护后预扩散处理的新工艺。研究发现,预扩散处理温度对表层的结构及抗氧化性有明显影响。在750℃扩散时,镀层结构由较厚的外表层(Fe_2Al_5+FeAl_2)及内层(FeAl+条状FeAl_2)组成,由于内层条状FeAl_2平行排列的结构进一步增加了氧向内传输的速度     

不同锰含量热浸镀铝锰合金层扩散退火后的抗划擦性能

目前,有关钢材表面热浸镀铝层中添加锰元素及扩散退火处理对镀层组织、结构及性能的影响研究很少。采用热浸镀工艺在Q235钢表面制备纯铝及Al-2%Mn,Al-9%Mn,Al-13%Mn铝锰合金镀层,并进行扩散退火处理。通过XRD、SEM及EDS等分析了扩散退火后镀层的组织结构和表面形貌,用划痕法测试了各镀层的抗划擦性能。结果表明:经扩散退火后,4种镀层都出现了Fe₄Al₁₃相,其中铝锰合金镀层中出现多种铝锰金属化合物,如Al₈Mn₅,MnAl₆,Mn₃Al₁₀;铝锰镀层的抗划擦性能约为纯铝镀层的1.5倍,Mn元素的加入使合金镀层的抗划擦性能有显著提高。     

Q235钢热浸渗铝层的组织结构和耐高温腐蚀性能

分析了Q235钢渗铝层的显微组织,并对其耐高温氧化和热腐蚀性能进行了研究。能谱分析（EDS）结果表明,热浸渗铝层由表层纯铝层和内层η相（Fe2Al5)组成,经扩散退火后,渗层组织由表及里依次出现η相（Fe2Al5)、ζ相（FeAl2)、β2相（FeAl)、β1相（Fe3Al)和固溶体α相。高温氧化和热腐蚀试验结果表明,渗铝Q235钢的耐高温氧化性能和1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相当,而耐热腐蚀性能明显优于后者。     

铸铁热浸渗铝及其抗高温氧化性能研究

为了研究热浸温度、时间及硅含量对HT200热浸渗铝的影响, 用称重法分析了未镀、浸镀和浸镀加扩散退火处理铸铁的高温抗氧化能力, 用金相显微镜和XRD分析了渗层组织结构.结果表明:镀层厚度随温度升高和时间延长而增大,本试验中浸镀温度740～810 ℃,浸镀时间5～10 min较佳.硅抑制渗层的生长,当镀液硅含量为2%,6%和9%时,镀层厚度分别为384,200 μm和121 μm.渗层结构由外镀层和中间扩散层(以Fe3Al为主)组成,经扩散退火后,渗层主要为Fe2Al5相.浸铝和浸铝且扩散退火处理后的铸铁抗氧化能力提高2～8倍, 耐蚀性显著改善.     

热浸镀铝时间对镀层生长的影响

利用溶剂法制备了热浸镀铝试样,借助扫描电镜观察了其微观形态,其镀层扩散层主要由Fe2Al5相构成。分析了750℃时不同浸镀时间下热浸镀扩散层的厚度,利用菲克第二定律对热浸镀扩散层的生长规律进行了理论分析,结合实验数据分析得知在浸镀时间延长时,镀层中Fe2Al5相会有横向生长,使得扩散层厚度与时间的平方根呈现速率下降的抛物线规律。     

钢基铝镀层转化为陶瓷层的演变规律研究

热浸镀铝钢经等离子体电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)处理后, 表面铝镀层转化为陶瓷层. 实验对阳极电压变化、陶瓷层生长规律、涂层截面形貌和成分等进行了研究. 结果表明: 在PEO初期, 热浸铝试件的阳极电压变化趋势与纯铝试件相同, 在PEO后期电压有下降趋势. 铝镀层消耗和陶瓷层厚度增长近似为线性变化. 当铝镀层完全陶瓷化后, FeAl层参与PEO反应, 但陶瓷层生长速率变慢, 在界面处出现大量裂纹; 陶瓷层主要成分为Al、Si、O元素, 相结构主要为γ-Al₂O₃与莫来石相, 在PEO后期出现α-Al₂O₃相. 复合陶瓷层硬度呈区域性分布, 陶瓷层最高硬度可达HV1800.     

钢表面梯度结构耐腐蚀铝涂层的制备及研究

为了控制和改善耐腐蚀铝涂层的组成和形貌,首先采用磁控溅射法在Q235钢表面制备铝涂层,然后通过热浸镀法在其表面制备具有一定厚度的耐腐蚀铝涂层。利用扫描电子显微镜及其附带的能谱仪对涂层结构、厚度以及组成进行表征,并通过划痕实验、全浸泡实验对涂层的结合强度、耐腐蚀性能进行研究。结果表明:磁控溅射复合热浸镀法制备的涂层较为致密。利用热浸镀法和磁控溅射复合热浸镀法制备的铝涂层结构均由外层Al层和内层Fe-Al合金层构成,Al层厚度分别为(45.75±6.41)μm和(44.84±3.17)μm,Fe-Al合金层的厚度分别为(150.37±4.95)μm和(138.08±6.05)μm。热浸镀铝涂层与磁控溅射复合热浸镀铝涂层的结合力分别为163.90N和160.25N。热浸镀铝Q235钢、磁控溅射复合热浸镀铝Q235钢的腐蚀失重率约为未涂覆试样的1/12～1/6,后者的腐蚀凹坑更加均匀。     

0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

铜热浸镀铝扩散层生长动力学模型

采用一浴法对铜进行了热浸镀铝试验,热浸镀时间为10~25s,热浸镀温度为963~1 013K。研究了热浸镀温度和时间对铜铝复合材料界面扩散层厚度的影响,采用XPL-15型偏光显微镜(PM)测量铜铝复合材料扩散层厚度,并依据热浸镀铝试验建立了铜铝复合材料界面扩散层生长动力学模型。结果表明,铜铝复合材料界面扩散层的生长动力学符合抛物线扩散规律,与热浸镀温度的指数成正比,与热浸镀时间成抛物线增长关系;铜热浸镀铝扩散层生长动力学模型的修正系数k与时间t存在线性关系。     

爆炸焊接铝/不锈钢薄壁复合管界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对爆炸焊接铝/不锈钢薄壁双金属复合管界面的显微组织、成分和硬度梯度进行了分析研究.结果表明,结合良好的薄壁铝/不锈钢复合管的结合区界面,是平直界面和平直至波形过渡的非稳态波形界面二者混合出现;元素在界面扩散主要是Fe,Cr,Ni元素向Al层内进行扩散,Al元素向不锈钢层内扩散量极少,界面附近不锈钢侧有明显硬化现象;由于热影响消除了铝层硬化现象,在Al侧出现的由超塑流变造成的组织变化,并没有从硬度分布表现出来;需要严格控制爆炸焊接静态参数,尽量减少Al-Fe化合物脆性相生成量.     

镧镨铈混合稀土对热浸渗铝的影响

镧普铈混合稀土（LPC）是新型专利成分的混合稀土。研究了LPC对热浸渗铝层组织和耐腐蚀性的影响。结果表明，在铝液中加入LPC，使渗层组织细化、均匀，渗层前沿整齐。加入LPC后，渗层无论是否经过扩散处理，耐蚀性能均明显提高。扩散前，其耐蚀性是不加稀土渗层耐蚀性的1．3倍，扩散后其耐蚀性是不加稀土渗层耐蚀性的3倍。     

HP40Nb钢热浸镀Al-Si高温氧化行为及组织研究

为提高高温抗氧化性能,对HP40Nb钢进行了热浸镀Al-10%(质量分数)Si,并进行不同温度扩散处理,研究了不同扩散处理试样在1000℃条件下的高温氧化行为,通过SEM,EDS和XRD分析了经不同扩散处理后的渗层在高温氧化过程中的组织结构变化.结果表明:经800℃/4h扩散处理,渗层由内层(NiAl+ Cr3 Si)...     

Improvement on the Corrosion Resistance of AZ91D Magnesium Alloy by Aluminum Diffusion Coating

By combination of magnetron sputtering deposition and vacuum annealing, an aluminum diffusion coating was prepared on the substrate of AZ91D alloy to improve its corrosion resistance. The microstructure and composition of the diffusion coating was investigated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The diffusion coating was mainly comprised of β phase-Al12Mg17. The continuous immersion test in 3.5 wt pct neutral NaCl solution indicated that the specimen with diffusion coating had better corrosion resistance compared with the bare AZ91D alloy specimen. The potentiodynamic polarization measurement indicated that the diffusion coating could function as an effectively protective layer to reduce the corrosion rate of AZ91D alloy when exposed to 3.5 wt pct NaCl solution.     

Zn-Ni-V热浸镀层组织及腐蚀电化学行为研究

在锌浴中添加少量的Ni和V,获得了Zn-0.05%Ni-0.05%V镀层.研究了Zn-0.05%Ni-0.05%V镀层组织和在5%NaCl溶液浸泡过程中的腐蚀行为.结果表明:在Zn-0.05%Ni镀浴中添加0.05%V可以有效地抑制Fe-Zn反应,控制ζ相层的超厚生长.与Zn-0.05%Ni镀层相比,浸泡20min后,...     

镁合金表面喷铝防腐蚀层的微观组织分析

在AZ91D镁合金表面热喷铝，用以提高其表面的耐腐蚀性能。采用SEM，EPMA等方法对AZ91D表面喷铝扩散层的组织进行了仔细的观察与分析，发现在防腐蚀层上有大量的Mg17Al12相存在，且呈决状及非连续片状分布。经显微硬度测定，喷铝层硬度较镁合金基体高；腐蚀后这种相凸出于基体，比镁合金基体有较好的耐腐蚀性能。     

纯铜表面火焰喷涂陶瓷/渗铝复合层及其性能

为提高铜部件的使用寿命,采用火焰涂技术,在铜基体表面先后喷涂中间铝层和表层陶瓷涂层,经加热扩散处理,制备成铜基陶瓷/渗铝复合涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪、热震试验、腐蚀失重、耐磨检测等对复合涂层进行分析、研究。结果表明:复合涂层中有Cu1.05Zn0.95,Cu2TiZn等新相生成;复合涂层抗热震性能较单纯陶瓷涂层好,经920℃加热扩散处理的复合涂层热震次数达40次;复合涂层显著提高了纯铜基体的耐蚀性和耐磨性。     

等离子喷焊铜基自熔性合金的研制

为了克服铜铁异种材料喷焊过程中易产生焊缝裂纹和基体裂纹的倾向,研制开发了一种Cu-Ni-Sn自熔性合金粉末材料.通过对Cu-Ni-Sn粉末材料的化学成分的设计,喷焊层的组织显微结构及抗腐蚀性能的综合分析,认为该材料等离子喷焊工艺性能良好,焊层耐腐蚀效果十分明显.在生产实际中应用等离子喷焊制备Cu-Ni-Sn焊层,能明显提高粉末材料的熔敷率和性能,并且改善劳动工作环境.该合金性能优于传统材料,值得推广.     

Growth and corrosion of aluminum PVD-coating on AZ31 magnesium alloy

Magnetron sputtering was applied to prepare aluminum coating on a mechanically polished AZ31 magnesium alloy. A loose oxide film was spontaneously formed on the surface of AZ31 magnesium alloy during polishing process. The aluminum coating, which was subsequently deposited on this oxide layer, presented a developed columnar microstructure. Attributed to the barrier effect of Al coating, the Al coated AZ31 showed a higher corrosion resistance than bare AZ31 in corrosion tests. Generally, Al coating is cathodically protected by magnesium alloy substrate. But it is interesting in this study that Al coating still suffered from severe corrosion due to the occurrence of the alkalization effect.     

铝锌合金在镁合金AZ91D中的扩渗机理及腐蚀性能研究

采用包埋铝和锌的方法在镁合金AZ91D表面制备了铝-锌合金化涂层,并且利用x射线衍射、能谱分析研究了该涂层的组织和耐腐蚀性能。该涂层外层为AlMg2Zn, Mg7Zn3 和Mg17Al12 金属间化合物层;内层为Mg17Al12金属间化合物分布于α-Mg晶界。研究表明,与镁合金基体相比较在质量分数为3.5wt.% NaCl扩渗层显示出较好的耐腐蚀性能。盐雾腐蚀说明,Al-Mg-Zn合金化扩渗层对于降低腐蚀速率起到有效作用。此外,合金化扩渗层与基体的结合是冶金结合,且涂层的显微硬度显著提高。     

Al@SiO2@Al2O3双层复合材料的可控合成及其耐腐蚀与力学性能

为了有效提高铝颜料的耐腐蚀与力学性能,通过一种温和有效的Sol-Gel法,首先在铝颜料表面包覆一层SiO2,再通过异丙醇铝水解产生A12O3,从而制备了 Al@ SiO2@ Al2O3的双层复合材料。利用扫描电镜、EDS谱、红外光谱、X射线衍射等分析手段对包覆前后的铝颜料的微观形貌及包覆层成分进行分析和表征;通过析氢试验来考察样品的耐腐蚀性能;并将双层包覆的铝颜料添加到PVC树脂中,研究铝颜料对PVC树脂的拉伸性能和硬度的影响。结果表明:表面包覆质量分数约10%的SiO2和4%的A12O3,室温条件下,反应时间为4 h,Al2O3能够在铝颜料表面形成表面光滑、致密的包覆层,在浓度为0.5 mol/L的盐酸中,缓蚀效率达84.6%;添加0.10%(质量分数,下同)铝颜料,PVC树脂的拉伸强度提高45.77%,断裂伸长率提高46.55%,硬度提高27.05%;添加0.15%铝颜料时PVC树脂的光泽度有89.7Gs.