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基于稀土催渗316L不锈钢机械研磨表面低温渗铝工艺的研究

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基于稀土催渗316L不锈钢机械研磨表面低温渗铝工艺的研究

作者：刘自平山东农业大学

学位级别：硕士

316L不锈钢在石油、化工、冶金及航空等领域中应用广泛,但在高温、高压等恶劣环境下使用性能变差甚至导致严重后果。粉末包埋法渗铝可提高其抗氧化和耐腐蚀性能,但传统不锈钢表面渗铝存在着温度高、时间长及能耗大的缺点。本文基于稀土... 详细信息

316L不锈钢在石油、化工、冶金及航空等领域中应用广泛,但在高温、高压等恶劣环境下使用性能变差甚至导致严重后果。粉末包埋法渗铝可提高其抗氧化和耐腐蚀性能,但传统不锈钢表面渗铝存在着温度高、时间长及能耗大的缺点。本文基于稀土催渗原理,对316L不锈钢进行表面机械研磨活化处理(Surface Mechanical Activation Treatment-SMAT),形成细晶层及组织结构缺陷,通过增加渗铝过程中活性原子的扩散通道,实现了316L不锈钢表面700℃的低温渗铝。采用L25(56)正交试验法,得到基于稀土催渗的最佳渗剂组分,而后研究了机械研磨对最佳渗剂组分的影响,优化渗剂组分,获得了一种基于稀土催渗316L不锈钢机械研磨表面低温渗铝最优工艺方案。分析了316L不锈钢低温渗铝层的组织形貌、相结构与成分分布;进行了低温渗铝层的显微硬度、抗氧化性和耐腐蚀性等性能测试,并对低温渗铝层成型及其对性能的影响机制进行了研究探讨。得到如下结论:1、研究了316L不锈钢机械研磨时间对试样表面质量的影响规律。结果发现,当研磨时间为4～6 h时,表面粗糙度变化均匀,晶粒尺寸在2μm左右,有的甚至达到纳米级,当超过6 h后表面粗糙度增加明显,8 h后表面质量开始恶化。2、通过正交试验,确定了影响渗铝层质量的因素按重要程度依次为:铝粉含量、稀土含量、铝铁粉和氯化铵含量。研究了机械研磨对最优渗剂组分的影响,获得的最佳低温渗铝工艺参数为:机械研磨时间6～8 h,渗铝剂组分(质量百分数)为:铝粉含量20～25%,铁铝粉含量10%,稀土含量3～5%,氯化铵含量1～1.2%,316L不锈钢经700℃×4h炉冷渗铝处理后,可以形成25～30μm的致密均匀、与基体结合紧密的渗铝层。3、对渗铝层进行相结构及成分分析,结果发现,渗层主要为Al-Fe合金相,表面铝元素含量达44%wt,从表层到基体之间呈梯度变化,渗层中高的铝含量对于表面形成氧化层、提高抗氧化性能具有重要意义。4、进行了316L不锈钢表面不同渗铝层的显微硬度测试,结果表明,传统渗铝层硬度值为476 Hv,机械研磨结合稀土催渗的渗铝层硬度高达724 Hv,且硬度梯度较为平缓,同时,成分及相结构的梯度分布、机械研磨形成凹凸不平犬牙交错的结合面等因素使得基体对渗层的支撑作用较强。5、高温氧化实验及电化学腐蚀实验结果表明,与对比试样相比(未处理、传统渗铝),机械研磨稀土催渗渗铝试样抗氧化性及耐腐蚀性能均有较大提高:在氧化20 h后增重只有2.000 mg/cm2,氧化性能是未处理试样的10倍以上;腐蚀电流密度为1.5086mA/cm2,低于对比试样(未处理试样1.9286 mA/cm2,传统渗铝试样1.8179 mA/cm2),说明其抗腐蚀性能大大增强。渗铝层性能优良的主要原因在于:组织致密、成分相结构呈梯度变化、渗层与基体结合紧密、渗层中的铝铁合金相的抗氧化及耐腐蚀性优良等。

关键词： 316L不锈钢机械研磨稀土催渗低温渗铝渗层性能

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低温渗铝复合涂层化学去除工艺研究

中国表面工程 1999年第2期12卷 28-31页

作者：幸泽宽向巧空军装备维修表面工程技术成都推广站

研制了一种含有强氧化剂的碱性溶液，用于去除航空发动机钢叶片上的“低温渗铝＋改性硅酸盐陶瓷面层”复合涂层。分析讨论了复合涂层的相结构、化学成份及化学去除机理。该工艺已应用于生产并通过空军司令部组织的鉴定。

关键词：低温渗铝复合涂层化学去除航空发动机

海洋大气环境对低温渗铝1Cr11Ni2W2MoV钢腐蚀影响

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环境技术 2019年第A2期37卷 10-14,26页

作者：王永赵全成王玲罗勇何建新海军装备部驻广州地区军事代表局广州510310 西南技术工程研究所重庆400039 国防科技工业自然环境试验研究中心重庆400039

为了考核低温渗铝对1Cr11Ni2W2MoV钢在海洋大气环境下的腐蚀防护作用。采用自然环境试验方法,研究了低温渗铝工艺对1Cr11Ni2W2MoV钢耐蚀性能、拉伸性能的影响。结果表明:低温渗铝层对提高1Cr11Ni2W2MoV钢在海洋大气环境下的耐蚀性具有... 详细信息

为了考核低温渗铝对1Cr11Ni2W2MoV钢在海洋大气环境下的腐蚀防护作用。采用自然环境试验方法,研究了低温渗铝工艺对1Cr11Ni2W2MoV钢耐蚀性能、拉伸性能的影响。结果表明:低温渗铝层对提高1Cr11Ni2W2MoV钢在海洋大气环境下的耐蚀性具有一定作用,但低温渗铝层比较薄且腐蚀产物结合力较差,对基体的保护作用有限;低温渗铝层腐蚀破坏,1Cr11Ni2W2MoV不锈钢进而发生点蚀,腐蚀引起拉伸时的有效承载面积减少是导致拉伸性能下降的主要原因。

关键词： 1Cr11Ni2W2MoV 低温渗铝海洋大气腐蚀

航空发动机叶片制造中低温渗铝对喷丸强化的影响

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机械工程师 2005年第12期 60-62页

作者：毛建波李鸿沙爱星驻黎阳机械公司军事代表室贵州平坝561114

航空用叶片制造中,很多工艺沿用前苏联的技术,一直以来也没有通过实验验证其合理性。文中选择压气机工作叶片的制造工艺——喷丸后低温渗铝,进行试验,量化了低温渗铝温度对喷丸所形成的残余压应力的影响程度,讨论了低温渗铝对喷丸强化... 详细信息

航空用叶片制造中,很多工艺沿用前苏联的技术,一直以来也没有通过实验验证其合理性。文中选择压气机工作叶片的制造工艺——喷丸后低温渗铝,进行试验,量化了低温渗铝温度对喷丸所形成的残余压应力的影响程度,讨论了低温渗铝对喷丸强化效果的影响,分析了喷丸的强化机理,总结了喷丸后进行低温渗铝的可行性。

关键词：叶片制造喷丸低温渗铝可行性

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304不锈钢表面喷砂低温助渗铝工艺研究

304不锈钢表面喷砂低温助渗铝工艺研究

作者：侯树峰兰州理工大学

学位级别：硕士

304不锈钢(06Cr19Ni10)是一种性能优良、应用广泛的铬镍型奥氏体不锈钢,但在含Cl-、SO42-及H2S的工作环境中,会发生点蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀破坏现象,其隐蔽性高,容易造成重大的工程事故。不锈钢表面渗铝技术是解决上述问题的成熟... 详细信息

304不锈钢(06Cr19Ni10)是一种性能优良、应用广泛的铬镍型奥氏体不锈钢,但在含Cl-、SO42-及H2S的工作环境中,会发生点蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀破坏现象,其隐蔽性高,容易造成重大的工程事故。不锈钢表面渗铝技术是解决上述问题的成熟有效方法,但传统粉末包埋渗铝技术由于工艺温度高、时间长,导致耗能大,效率低,会对工件的使用性能产生影响。本文通过分析已有的机械能助渗技术原理,首次将表面喷砂和粉末包埋渗铝相结合实现低温渗铝,大大简化了工艺设备,具有重要的现实意义和应用价值。本文采用喷砂技术对304不锈钢板表面进行处理,并对喷砂处理后的试样进行热处理和低温固体粉末包埋渗铝处理,分析讨论了喷砂助渗铝的最佳工艺参数,计算了喷砂助渗铝过程扩散激活能的大小,并对渗铝试样进行了组织及性能的检测分析。结果表明:(1)最佳喷砂工艺参数为:压力0.5Mpa,距离5cm,时间5min,磨料粒度:120目。喷砂处理在试样表面获得的马氏体组织,在40000℃保温1h热处理时,具有良好的稳定性;低温渗铝渗剂成分为Zn:Al:NH4Cl=40:60:3,在530℃下固体包埋渗铝3h随炉冷却,304不锈钢喷砂表面可形成约50μm的连续致密的渗层,而未喷砂面仅为10μm。(2)由阿累尼乌斯经验公式计算可得,304不锈钢表面喷砂助渗铝过程扩散激活能Q=161.08KJ/mol,与304不锈钢传统粉末包埋渗铝扩散激活能Q=202.14KJ/mol相比明显下降。(3)渗铝层物相为金属间化合物FeAl2。点能谱结果铝铁原子比为62.1:28.1≈2.2:1,与物相分析的结果一致。(4)在距表层30μm处,渗铝试样硬度约640HV0.2,是基体的3倍以上。(5)渗铝不锈钢具备良好的耐蚀性能。NaCl溶液浸泡10h渗铝试样腐蚀失重仅为未处理不锈钢试样的1/17;电化学腐蚀:E渗铝>E未处理,i渗铝渗铝试样腐蚀速率(V=27.16g·m-2·h-1)约为未处理不锈钢试样腐蚀速率(V=55.53g·m-2·h-1)的1/2;50℃24h三氯化铁点蚀试验,渗铝试样腐蚀速率(V=70.83g·m2·h-1)约为未处理不锈钢试样腐蚀速率(V=159.99g·m-2·h-1)的1/2。随温度的升高,渗铝试样腐蚀速率较未处理不锈钢试样增长缓慢。(6)渗铝不锈钢的抗氧化性能明显高于未处理不锈钢。在850℃保温24h和36h时,未处理不锈钢试样氧化增重分别是渗铝不锈钢试样的4倍和10倍。36h高温氧化渗铝不锈钢试样表面生成尖晶石等抗氧化新相。(7)渗铝试样的摩擦系数低于未处理不锈钢试样,渗铝层起到了良好的减摩作用。不锈钢表面渗铝明显改善了表面摩擦学性能,渗铝试样45min磨损量约为基体30min磨损量的0.2倍,渗铝试样45min磨损率约为基体30min磨损率的0.22倍。

关键词： 304不锈钢表面喷砂包埋渗铝低温渗铝渗铝层性能

机械研磨对316L不锈钢表面及其低温渗铝层性能的影响

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材料热处理学报 2016年第6期37卷 204-209页

作者：宋月鹏刘自平陈义祥李江涛高东升陈苗苗杨增朝贺刚山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 中国科学院理化技术研究所北京100190

利用扫描电镜(SEM),表面粗糙度测试仪,电化学工作站等仪器,分析了机械研磨对316L不锈钢件表面及其低温渗铝层性能的影响。结果表明:机械研磨过程中,材料表面在研磨球撞击、旋压等多种作用下产生大塑性变形,形成大量组织结构缺陷并细化... 详细信息

利用扫描电镜(SEM),表面粗糙度测试仪,电化学工作站等仪器,分析了机械研磨对316L不锈钢件表面及其低温渗铝层性能的影响。结果表明:机械研磨过程中,材料表面在研磨球撞击、旋压等多种作用下产生大塑性变形,形成大量组织结构缺陷并细化表层晶粒,导致试样表面粗糙度变大,硬度提高,直接影响到热处理过程及其渗层性能;机械研磨处理的316L不锈钢试样经低温渗铝后,与对比试样相比,渗铝层硬度可提高2倍以上,抗高温氧化性及耐腐蚀性能均有显著提高,同时进行了相关机理的分析探讨。

关键词：机械研磨 316L不锈钢低温渗铝表面性能

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稀土添加剂对N80套管钢低温渗铝层的影响

热处理技术与装备 2015年第5期36卷 27-30页

作者：陈辉俞嘉诚王彦鹏黄敏王宇台州学院物理与电子工程学院浙江台州318000

为了提高N80套管钢的耐腐蚀性能,采用包埋温度为540℃,保温时间为4 h的低温渗铝工艺,通过在包埋粉料中添加不同种类及含量的稀土在N80套管钢表面制备渗铝层。借助扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析所得渗铝层的微观结构及物相组成;同时... 详细信息

为了提高N80套管钢的耐腐蚀性能,采用包埋温度为540℃,保温时间为4 h的低温渗铝工艺,通过在包埋粉料中添加不同种类及含量的稀土在N80套管钢表面制备渗铝层。借助扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析所得渗铝层的微观结构及物相组成;同时,通过模拟海水介质腐蚀试验测试了渗铝N80套管钢的电化学耐蚀性能。结果表明:在包埋粉料中添加稀土可以同时改善渗铝层的微观结构和相组成;添加稀土后所得渗铝层厚度较大,渗层连续均匀;稀土元素可以增强活性Al原子的扩散能力,改变渗层中的Al含量;与原始N80套管钢和未添加稀土渗铝处理后N80套管钢相比,在包埋粉料中添加3%Ce O2所得渗铝N80套管钢的自腐蚀电流密度最低。

关键词： N80套管钢低温渗铝耐蚀性稀土

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机械能助渗铝组织与性能研究

材料热处理学报 2007年第6期28卷 118-122页

作者：王修春李木森董瑞华孙希泰潘喜庆山东大学材料科学与工程学院山东济南250061 山东省科学院新材料研究所山东济南250014

采用金相、EPMA、XRD、TEM分析了冷轧08F钢板600℃机械能助渗铝层组织结构,测试了显微硬度、耐盐水腐蚀、抗高温氧化性和力学性能。结果表明,渗铝层内部组织主要是Fe2Al5相,还存在少量的FeAl、Fe3Al等铁铝化合物及非晶态相,未形成晶粒... 详细信息

采用金相、EPMA、XRD、TEM分析了冷轧08F钢板600℃机械能助渗铝层组织结构,测试了显微硬度、耐盐水腐蚀、抗高温氧化性和力学性能。结果表明,渗铝层内部组织主要是Fe2Al5相,还存在少量的FeAl、Fe3Al等铁铝化合物及非晶态相,未形成晶粒粗大的含铝-αFe相过渡区。铁、铝氧化合物颗粒呈岛状断续分布在渗层表面。机械能助渗铝层有优良的抗高温氧化性、较高的硬度、良好的耐蚀性,同时渗铝后基体可以保持高的力学性能。

关键词：组织结构性能机械能低温渗铝

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机械能助渗铝工艺与助渗机理分析

金属热处理 2007年第12期32卷 89-92页

作者：王修春董瑞华李木森孙希泰李庆刚山东大学材料科学与工程学院山东济南250061 山东省科学院新材料研究所山东济南250014

研究了机械能助渗铝工艺,在600℃的低温下,08F钢表面获得200μm以上的渗铝层。研究了温度、保温时间、机械能量等因素对渗铝层厚度的影响,对机械能助渗机理进行了分析。结果表明,温度提高、机械能增大在一定范围内可提高渗铝速度。渗铝... 详细信息

研究了机械能助渗铝工艺,在600℃的低温下,08F钢表面获得200μm以上的渗铝层。研究了温度、保温时间、机械能量等因素对渗铝层厚度的影响,对机械能助渗机理进行了分析。结果表明,温度提高、机械能增大在一定范围内可提高渗铝速度。渗铝层主要是由Fe2Al5相构成。在低温下,渗剂反应产生活性铝原子的过程是渗铝的控制过程。机械能助渗机理是由于机械振动与混合增加了渗件表面处的渗剂反应,提高了活性铝原子浓度,从而加速了渗铝过程。

关键词：低温渗铝机理机械能助渗