Ni-Co-Al(Cr)復(fù)合鍍層及其抗高溫氧化性能研究.pdf

1、在冶金、能源、航空航天和化工等領(lǐng)域中，許多零部件往往在高溫環(huán)境下工作，對(duì)材料的抗高溫氧化性能提出了較高的要求。電沉積鎳基高溫復(fù)合鍍層是提高材料高溫氧化性能的有效方法之一，該工藝具有鍍層成分多元、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)而日益受到重視。Al、Cr作為重要的高溫氧化元素，能在材料表面形成一層致密的氧化膜，保護(hù)金屬基體不被氧化。本論文采用溶膠-凝膠法對(duì)Al、Cr顆粒進(jìn)行SiO2包覆改性，通過(guò)電沉積成功制備了Ni-Co/Al(Cr)復(fù)合鍍層，對(duì)復(fù)

2、合鍍層進(jìn)行高溫氧化性能測(cè)試，獲得了一些有用結(jié)論。
　　采用溶膠-凝膠法對(duì)Al、Cr顆粒進(jìn)行表面包覆改性，以包覆后顆粒的組織結(jié)構(gòu)、粒徑大小、包覆膜致密性等作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究Al、Cr顆粒的包覆改性工藝，得出SiO2包覆Al(Cr)顆粒的較合適工藝為各物質(zhì)質(zhì)量(g)體積(mL)比mAl（Cr）:mTEOS: m乙二胺：VKH-550:VH2O:V無(wú)水乙醇:V乙醇溶液=1:1.5:0.75:0.3:36:20:6，包覆溫度為40℃，

3、包覆時(shí)間為5小時(shí)。顆粒表面包覆膜為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的 SiO2；超聲波分散處理能有效改善顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，提高包覆顆粒的分散性，包覆 Al粉顆粒粒徑減小31％，包覆Cr粉顆粒粒徑減小14%；包覆時(shí)間和包覆溫度對(duì)包覆顆粒粒徑分布及包覆膜的致密性有顯著影響，包覆顆粒粒徑隨包覆時(shí)間和包覆溫度的增加而增大，較合適包覆工藝條件下包覆Al粉平均粒徑為8.583um，包覆Cr粉平均粒徑為8.161um；包覆膜致密性隨包覆時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，隨包覆溫度的提高先

4、增加后急劇降低，較合適包覆工藝條件下SiO2包覆Al(Cr)顆粒在0.1mol/L鹽酸溶液中的緩蝕率分別為98.3%和97%，可有效防止Al(Cr)顆粒在酸性鍍液中的溶解。
　　電沉積 Ni-Co/Al（Cr）復(fù)合鍍層的工藝條件為:1g/L包覆 Al粉(2g/L包覆 Cr粉或2g/L包覆Al粉和Cr粉的混合粉末，其中混合粉末質(zhì)量比為1：1)加入Ni-Co基礎(chǔ)鍍液中，鍍液溫度45℃，pH3.2，機(jī)械間歇攪拌頻率(每小時(shí)攪拌次數(shù))為3

5、,該工藝下制備了3種復(fù)合鍍層 Ni-Co-27.82Al、Ni-Co-33.23Cr、Ni-Co-12.18Al-16.19Cr(質(zhì)量百分比)。包覆Al(Cr)粉與Ni-Co基質(zhì)金屬共沉積制備Ni-Co/Al(Cr)復(fù)合鍍層鍍態(tài)時(shí)第二相粒子能改變晶粒擇優(yōu)取向，鍍層有非晶化轉(zhuǎn)變傾向。Ni-Co/Al(Cr)復(fù)合鍍層是一種含Al(Cr)顆粒的鎳基固溶體結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合緊密；800℃擴(kuò)散熱處理后Al顆粒在復(fù)合鍍層中發(fā)生擴(kuò)散，較均勻地分布在鍍層

6、中，同時(shí)Ni和Al發(fā)生反應(yīng)由第二相粒子轉(zhuǎn)變析出Al3Ni2相和Ni3Al相，Cr顆粒則主要通過(guò)元素?cái)U(kuò)散作用向基質(zhì)金屬內(nèi)擴(kuò)散，鍍層晶化；800℃擴(kuò)散熱處理80min后鍍層成分均一，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；鍍層硬度隨著擴(kuò)散熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低。
　　Ni-Co-27.82Al、Ni-Co-33.23Cr、Ni-Co-12.18Al-16.19Cr3種復(fù)合鍍層在900℃氧化20h后質(zhì)量增重分別為0.99mg·cm-2、1.14mg·cm-2、4.

7、39mg·cm-2，在1000℃氧化20h后質(zhì)量增重分別為1.91 mg·cm-2、5.87 mg·cm-2、6.16 mg·cm-2，含Al復(fù)合鍍層表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫氧化性能，3種復(fù)合鍍層氧化動(dòng)力學(xué)曲線都基本遵循拋物線增長(zhǎng)規(guī)律。
　　復(fù)合鍍層在900℃和1000℃下恒溫氧化20h后，鍍層外表層都產(chǎn)生了具有小平面特征的 NiO氧化物，Ni-Co-27.82Al復(fù)合鍍層氧化層次外層為NiO、Al2O3和NiAl2O4組成的復(fù)合氧化物

8、，Ni-Co-33.23Cr復(fù)合鍍層氧化層次外層為NiO、Cr2O3和NiCr2O4組成的復(fù)合氧化物，Ni-Co-12.18Al-16.19Cr復(fù)合鍍層氧化層次外層為NiO、Al2O3、Cr2O3、NiAl2O4和NiCr2O4組成的復(fù)合氧化物；在900℃氧化時(shí)，Ni-Co-27.82Al、Ni-Co-33.23Cr復(fù)合鍍層氧化層致密連續(xù)，鍍層抗高溫氧化性能優(yōu)異；在1000℃氧化時(shí)，Ni-Co-27.82Al復(fù)合鍍層氧化層依然致密連續(xù)，