雙輝制備Fe-Al-Nb合金涂層及其高溫氧化性能研究.pdf

1、Fe-Al金屬間化合物比強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)異，但其加工困難、韌性差且高溫下的綜合性能不能滿足苛刻的服役環(huán)境，嚴(yán)重制約了其工業(yè)化應(yīng)用。研究表明，Nb是提高Fe-Al合金組織穩(wěn)定性、強(qiáng)韌性和耐高溫腐蝕性能的重要合金元素，因此，研發(fā)制備綜合性能優(yōu)異的Fe-Al-Nb合金層，解決涂層在復(fù)雜高溫工況條件下開(kāi)裂甚至剝落的難題，將為Fe-Al金屬間化合物的實(shí)用化進(jìn)程提供新的技術(shù)路徑。
　　本文通過(guò)熱浸鋁工藝在45鋼表面制備出Fe-Al合金層，然后

2、利用雙輝等離子表面改性技術(shù)在Fe-Al合金層表面滲Nb，制備出Fe-Al-Nb合金層，探索出理想工藝參數(shù)為：源極電壓800V~900V、工件電壓350V~450V、試驗(yàn)溫度900℃~1000℃、工作氣壓40Pa、極間距20mm和保溫時(shí)間4h。其次，采用SEM、EDS和XRD等檢測(cè)手段對(duì)合金層的微觀形貌、成分分布和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。通過(guò)顯微硬度檢測(cè)、劃痕試驗(yàn)、有限元分析納米壓痕過(guò)程以及恒溫氧化試驗(yàn)對(duì)合金層的力學(xué)性能和抗高溫氧化性能進(jìn)行了深

3、入地研究和分析。結(jié)果表明，F(xiàn)e-Al-Nb合金層表面呈顆粒狀分布，均勻致密，與基體結(jié)合良好；合金元素沿截面呈梯度分布，主要物相包括Nb、AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al；Fe-Al-Nb合金層表面顯微硬度900HV0.1，比Fe-Al合金層高100HV0.1，是基體的4.5倍；納米壓痕測(cè)試得到Fe-Al-Nb合金層的彈性模量為316.2GPa，比Fe-Al合金層大，顯示出更強(qiáng)的抵抗塑性變形能力；采用位移控制加載方式模擬

4、壓痕過(guò)程，得到應(yīng)力應(yīng)變分布圖及載荷-位移曲線，與實(shí)驗(yàn)曲線吻合，采用力加載控制方式模擬壓痕過(guò)程，分析界面層上切應(yīng)力，定性判斷合金層與基體的結(jié)合性能，與劃痕實(shí)驗(yàn)相符；Fe-Al-Nb合金層氧化時(shí)，外層Nb主要形成Nb2O5和FeNbO4，隨著氧化溫度的升高和氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，Nb2O5會(huì)開(kāi)裂剝落，抗氧化性降低，F(xiàn)eNbO4逐漸增多，具有一定的抗氧化性，同時(shí)合金層與外層氧化膜之間還會(huì)形成FeAl2O4和Al2O3的氧化物，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，連續(xù)致密，