機械能助滲鋁機制和滲鋁層組織結構與性能表征.pdf

1、用自行研制的機械能助滲裝置，對機械能助滲鋁的滲劑配方、溫度、時間、滾筒轉速、滲劑裝入量、滾筒直徑、滲劑粒度、沖擊粒子等工藝因素對機械能助滲鋁速度的影響進行了試驗研究。 應用金相分析、電子探針、X射線衍射儀、透射電鏡等現(xiàn)代分析方法，研究和分析了機械能助滲鋁層的組織結構、形貌、化學成分分布；分析了機械能對試樣基體微觀缺陷的影響。 利用化學反應的熱力學函數(shù)，研究分析了機械能助滲鋁化學反應過程的方式、步驟；考察了機械能助滲鋁過程

2、中滲劑反應、活性原子吸附、擴散三個主要環(huán)節(jié)的熱力學和動力學機制，從而確定了整個助滲過程的控制環(huán)節(jié)和非控制環(huán)節(jié)；在此基礎上，建立了機械能助滲鋁機制的理論模型。 分析測試了機械能助滲鋁層的顯微硬度、耐腐蝕性、抗高溫氧化性等性能以及機械能助滲鋁層對基體抗拉強度、延伸率等力學性能的影響。 結論表明： 1、選擇適宜的供鋁劑、催滲劑和填充劑，機械能助滲可以在500-650℃的低溫下得到厚度均勻、組織致密的滲鋁層，滲鋁層厚度可

3、以達到250um；滲速可以達到，甚至超過粉末高溫滲鋁(900℃以上)的速度。但滲層中形成疏松孔洞的傾向較大。 2、滲鋁溫度越高，滲速越快。如果填充劑顆粒較細，當滲鋁溫度大于650℃時，鋁粉熔化，滲劑流動性差，滲鋁速度反而下降。因此機械能助滲鋁溫度應控制在500-650℃。如果填充劑顆粒較粗，鋁粉熔化基本不影響滲劑流動性。在700℃機械能助滲鋁滲速很快，08F鋼滲鋁層厚度達到500 u m，但滲劑中的鋁粉粘結成很大的鋁球，浪費鋁粉

4、。滲層厚度與保溫時間基本成拋物線關系。滾筒轉速在8r/min、滾筒內空隙達到10％時，滲速最快。 3、滲鋁層內部組織主要是由Fe<,2>Al<5,>相構成，F(xiàn)e<,2>Al<5,>相呈柱齒狀向基體內生長。滲鋁層中還存在少量FeAl、Fe<,3>AI等鐵鋁化合物及非晶態(tài)合金相，在Fe<,2>Al<5,>相和基體之間沒有FeAl、Fe<,3>Al等獨立成層的低鋁相區(qū)，沒有形成晶粒粗大的含鋁a-Fe相過渡區(qū)。 4、滲鋁層表面組

5、織是在Fe<,2>Al<5,>相表面斷續(xù)分布著Al<,2>O<,3>、FeO以及(FeO)n·(Al<,2>O<,3>)m等氧化物顆粒；這些氧化物顆粒先于Fe<,2>Al<5,>相生成。 5、隨著碳含量的增加，滲鋁層厚度下降；1Cr18Ni9不銹鋼、金屬鈦、鎳表面機械能助滲鋁也能得到滲鋁層，滲鋁速度遠低于低碳鋼；在銅表面機械能助滲鋁未能得到滲鋁層；在鎂表面機械能助滲鋁得到的滲鋁層很脆，容易剝落。 6、在500-700℃，

6、粉末滲鋁過程在熱力學上是自發(fā)過程；在反應、吸附、擴散三個過程中，滲鋁劑中反應產生活性鋁原子的過程是反應控制的主要過程。 7、機械能助滲的機制是由于滲劑顆粒之間相互沖擊、摩擦提高了供鋁劑的化學活性，增加了滲劑各組分之間、供鋁劑與滲件表面之間的接觸機會，加速了滲劑反應，使活性鋁原子濃度大大提高。滲劑和滲件之間的相互沖擊、摩擦使表面氧化膜變得不連續(xù)，凈化了滲件表面，有利于活性原子吸附，也有提高滲速的作用。 8、催滲劑NH<,4

7、>Cl產生的HCl并不能完全清除試樣表面的氧化鐵薄膜，活性鋁原子首先進入Fe<,2>Al<5,>薄膜中奪取氧原子生成Al<,2>O<,3>，鐵元素被還原，但鐵原子并沒有與鋁結合為鐵鋁化合物，而是以FeO的形式存在，在滲層表面形成了(FeO)n(Al<,2>O<,3>)m氧化物顆粒。 9、機械能滲鋁層的顯微硬度達到980HV<,0.1>；具有良好的耐NaCl、H<,2>S、H<,2>SO<,3>、HNO<,3>等腐蝕介質腐蝕的性能