雙輝等離子滲技術(shù)制備Cr-Si、Al-Cr、Al-Cr-Si氧化物涂層及性能研究.pdf

1、針對單一氧化物涂層與基體熱膨脹系數(shù)差別過大的問題，本文開展了以316 不銹鋼為基體，通過雙層輝光滲離子技術(shù)分別進(jìn)行Ci-Si、Al-Cr 以及Al-Cr-Si 共滲，然后等離子氧化處理的研究。涂層的組織結(jié)構(gòu)采用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X 射線衍射儀(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征，其耐腐蝕性能、結(jié)合性能和抗熱震性能利用電化學(xué)工作站、劃痕儀、熱震試驗(yàn)進(jìn)行分析表征。
　　 首先，利用雙層輝光等離子滲的

2、方法進(jìn)行鉻硅共滲，制備出致密，與基體結(jié)合緊密的合金涂層。對Cr-Si 涂層進(jìn)行等離子氧化，得到了連續(xù)致密的氧化膜。隨著氧流量的變化，涂層的截面形貌變化不大。由XRD分析可知，涂層氧化物主要為Cr2O3和很少量的SiO2。Si 元素的加入能夠增加Cr2O3 保護(hù)膜的致密度，且制備的Ci-Si 氧化物涂層與基體的結(jié)合性能良好。其中氧流量為10 sccm 時(shí)制備的涂層最佳。其結(jié)合力為41N ；涂層抗熱震性能良好，在550 ℃進(jìn)行150 次抗熱

3、震實(shí)驗(yàn)后無任何剝落；氧化涂層的耐蝕性能得到明顯提高。
　　 其次，在316L 不銹鋼基體上制備鋁鉻合金涂層，涂層與基體結(jié)合面處形成了冶金結(jié)合，內(nèi)部發(fā)現(xiàn)納米晶組織。在不同氧流量下，對Al-Cr 涂層進(jìn)行等離子氧化，涂層表面均勻致密。
　　 但是氧流量過大會導(dǎo)致涂層表面粗糙度增大，表層出現(xiàn)白色氧化鉻顆粒。經(jīng)測試分析可知，涂層氧化物為α -Al2O3和Cr2O3的固溶體，涂層為非晶/納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)。主要以α -Al2O3 為主

4、，但是隨氧流量的增加，Cr2O3 逐漸增加。氧流量為10 sccm 時(shí)，涂層的性能最佳。通過劃痕實(shí)驗(yàn)測得其結(jié)合力為52N ；在550 ℃進(jìn)行150 次抗熱震實(shí)驗(yàn)后無任何剝落；此外涂層也表現(xiàn)出優(yōu)良的耐蝕性能。
　　 再次，利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在316L 不銹鋼表面制備Al-Cr-Si 涂層，涂層與基體結(jié)合緊密，沒有孔隙及裂紋，其平均厚度為5 μ m。由XRD分析可知，氧化后的涂層主要含有Al2O3。此外，在涂層外層富鋁區(qū)，A

5、l2O3和少量Fe、Cr的氧化物反應(yīng)生成了尖晶石型復(fù)合氧化物Fe(AlCr)2O4。隨著氧流量的增加，涂層的厚度也相應(yīng)增加，但超過一定氧流量(15 sccm)時(shí)，涂層缺陷明顯增多，導(dǎo)致涂層脆性大，易開裂剝落。
　　 最后，Al-Cr 氧化物涂層的性能最為優(yōu)越。氧化膜的成分是影響涂層性能的決定性因素。
　　 Al-Cr 氧化涂層中的主要成分是α -(Al,Cr)2O3 固溶體相，且以α -Al2O3 為主。Α -Al2O3