金屬塵化的力學影響及防護涂層破壞機理研究.pdf

1、金屬塵化是一種比較少見的高溫腐蝕形式。通常表現為金屬或者合金分解為金屬顆粒和塵埃，或伴隨氧化物、石墨和半球形蝕坑形成的過程。雖然國內外學者針對這種腐蝕現象進行不少研究工作，但是幾乎所有的研究工作都是圍繞金屬材料本身的塵化腐蝕機理而開展的，不涉及外加載荷的作用，具體的防護措施更是在探索性的研究之中。
　　 事實上，工程結構材料幾乎都是使用在有外加載荷的場合，因此研究工程結構材料在外加應力狀態(tài)下的塵化腐蝕機理和現象十分必要。國內外關

2、于這方面的研究目前鮮見文獻報道。此外，對于高溫腐蝕的有效而經濟的防護措施-高溫涂層在外載荷作用下的破壞機理也無人涉及。鑒于此，本文對外加應力對金屬塵化腐蝕機理的影響以及對超音速電弧噴涂的抗高溫腐蝕涂層的耐金屬塵化能力的影響進行了探討。主要研究工作和結論包括：
　　 1、通過對近幾年有關金屬塵化和高溫涂層的文獻的分析、研究、整理，對金屬塵化腐蝕機理、高溫涂層技術的研究進展進行了系統的綜述。在此基礎上提出了有必要研究外加載荷對于金屬

3、塵化和涂層失效機理的影響的觀點。
　　 2、以碳擴散機制和Fick定律為基礎，研究了外加應力對碳擴散的動力學、熱力學影響，并推導了外加應力下金屬塵化過程中碳的擴散模型；用ABAQUS模擬了其擴散行為，并與COMSOL Multiphysics計算的多場耦合條件下的碳濃度梯度分布作了比較；用ABAQUS模擬了碳化物體積增量引起的金屬塵化腐蝕蝕坑的產生過程。
　　 3、開發(fā)了一套操作簡便，試驗溫度均勻，試驗精度高，成本低的外

4、加應力狀態(tài)下多氣氛的高溫腐蝕試驗系統，并較好地解決了試驗系統中有害、高危腐蝕氣體的密封問題。
　　 4、設計了外加純彎曲應力(最大應力100MPa、50MPa、10MPa、無載荷)下CrMo鋼的金屬塵化腐蝕試驗，在一次試驗中同時獲得拉伸和壓縮應力，以研究外加拉伸和壓縮應力對金屬塵化和碳擴散的影響，每個試樣進行了560℃下200小時的試驗。試驗結果表明：隨著彎曲應力的增加，試樣表面的腐蝕程度(積碳量、蝕坑數量)越嚴重；但是在同一載

5、荷下試驗后的試樣受壓側和受拉側表面的腐蝕程度并無明顯的區(qū)別；外加載荷對受拉側或受壓側的滲碳層深度的影響是明顯的，隨著外加彎曲應力的增加，在受拉側，滲碳層深度是逐漸增加的；在受壓側，隨著壓應力的增加，滲碳層的深度是逐漸減小的。
　　 5、對超音速電弧噴涂的Cr5Mo、Cr9Mo兩種基體材料的三種涂層(Al、FeCrAl、CrNi)均分別在500℃和600℃下進行了1000小時的耐氧化試驗，結果顯示：抗高溫氧化性能為CrNi涂層最優(yōu)

6、，FeCrAl其次，而Al涂層在本試驗中基本不具備抗高溫氧化能力。
　　 6、設計了外加純彎曲應力下三種高溫涂層的金屬塵化腐蝕試驗，最大彎曲應力50MPa，溫度560℃。外加的純彎曲應力對金屬塵化腐蝕的影響是明顯的，壓應力加劇了金屬塵化腐蝕，而拉應力延緩了金屬塵化腐蝕速率；對同一個試樣的受壓側和受拉側，受拉側的滲碳層深度明顯比受壓側要厚；而對于三種不同的涂層試樣而言，最不耐塵化腐蝕的Al涂層試樣的滲碳層深度最大，CrNi涂層的滲