铝基粉芯线材及其电弧喷涂涂层高温防护性能研究

论文摘要

Fe-Al 金属间化合物不仅具有良好的高温强度,而且在高温环境和多种腐蚀介质中具有优异的耐高温腐蚀性能。本文采用电弧喷涂方法在普通材料表面制备Fe-Al 金属间化合物涂层,既能够解决Fe-Al 合金难以加工成型的难题,又能充分发挥其优异的高温耐腐蚀性能,应用前景十分广阔。使用Al 带包裹Fe、Ni 粉,并加入适量的B 和RE 等有益元素制备铝基粉芯丝材,采用电弧喷涂技术制备了铝基涂层。系统研究了涂层的常规性能（包括结合强度、显微硬度、孔隙率等）和高温腐蚀性能（包括高温氧化性能、涂盐腐蚀性能、硫化性能等）;运用SEM、XRD、EDS 等方法分析了原始涂层和经过腐蚀后涂层的微观形貌,初步探讨了高温下氧化、涂盐热腐蚀及硫化腐蚀机理。本研究的主要成果如下: 1. 采用Al 带包裹金属粉成功制备了铝基粉芯丝材,对其电弧喷涂工艺进行了优化,得到了孔隙率较低的优化喷涂工艺参数,成功制备出了具有典型层状结构的铝基涂层。研究发现涂层中其主要物相为Al、Fe、Ni 之间的金属间化合物,其中不乏高铝金属间化合物。2. 采用SprayWatch 热喷涂检测系统检测了电弧喷涂过程中粒子的温度和飞行速度,结果表明:喷涂粒子的温度和飞行速度变化幅度小,颗粒熔融较充分,粒子飞行速度高,喷涂过程稳定。3. 系统研究了铝基涂层的耐腐蚀性能: ⑴抗高温氧化性能研究表明,由于铝基涂层Al 含量较高,高温氧化时,涂层表面可直接形成Al2O3 保护膜,有效地阻止了涂层的进一步氧化,抗氧化性能良好。⑵涂盐热腐蚀性能研究表明,铝基涂层腐蚀产物中主要是Al、Fe、Ni 之间的金属间化合物,没有发现硫化物和低熔点共晶物,可以认为铝基涂层在此温度下的涂盐腐蚀仍以氧化为主,耐热腐蚀性能良好。⑶高温硫化腐蚀性能研究表明,铝基涂层由于铝含量较高,硫化腐蚀最外层主要是Al2S3和Al2O3的混合物,经60h 的硫化腐蚀,硫化产物仅产生在涂层

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 耐高温腐蚀涂层
• 1.2.1 高温涂层的性能要求
• 1.2.2 高温涂层的分类及制备技术
• 1.2.3 典型的高温防护涂层
• 1.3 电弧喷涂技术现状与发展
• 1.3.1 电弧喷涂技术的发展历程
• 1.3.2 电弧喷涂的特点及应用
• 1.3.3 电弧喷涂材料发展现状
• 1.4 金属间化合物研究概述
• 1.4.1 Fe-Al 金属间化合物简述
• 1.4.2 Fe-Al 涂层发展状况
• 1.4.3 合金元素对Fe-Al 合金性能的影响
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 铝基粉芯丝材配方设计
• 2.3 涂层常规性能测试
• 2.3.1 涂层结合强度测试
• 2.3.2 涂层孔隙率测试
• 2.3.3 涂层显微硬度测试
• 2.3.4 常温水腐蚀性能测试
• 2.3.5 涂层热处理试验
• 2.4 涂层耐高温腐蚀性能测试
• 2.4.1 高温氧化性能测试
• 2.4.2 涂盐热腐蚀性能测试
• 2.4.3 硫化腐蚀性能测试
• 2.5 涂层显微组织分析
• 第3章 铝基粉芯线材的制备及其电弧喷涂工艺优化
• 3.1 铝基粉芯丝材的制备工艺及优化
• 3.1.1 铝基粉芯丝材的制备工艺
• 3.1.2 铝基粉芯线材制备工艺优化
• 3.2 电弧喷涂工艺优化
• 3.2.1 喷涂工艺参数的确定
• 3.2.2 工艺参数的正交设计及其对涂层致密性的影响
• 3.3 喷涂过程中粒子行为分析
• 3.3.1 SprayWatch 热喷涂监控系统概述
• 3.3.2 粒子行为检测试验设计
• 3.3.3 电弧喷涂铝基粉芯丝材粒子行为分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 铝基涂层显微结构与常规性能分析
• 4.1 A-1 涂层和铁基涂层显微结构
• 4.1.1 XRD 分析结果
• 4.1.2 SEM 和EDS 分析结果
• 4.2 C-1 涂层显微结构
• 4.2.1 XRD 分析结果
• 4.2.2 SEM 和EDS 分析结果
• 4.3 铝基涂层常规性能测试与分析
• 4.3.1 结合强度测试与分析
• 4.3.2 显微硬度测试与分析
• 4.3.3 孔隙率测试与分析
• 4.3.4 常温水腐蚀分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 铝基涂层高温氧化性能
• 5.1 涂层高温氧化动力学曲线分析
• 5.2 涂层高温氧化形貌分析
• 5.2.1 涂层氧化表面产物分析
• 5.2.2 涂层高温氧化形貌分析
• 5.3 涂层高温氧化机理
• 5.3.1 铁基涂层的高温氧化机理
• 5.3.2 铝基涂层高温氧化机理
• 5.4 本章小结
• 第6章 铝基涂层涂盐热腐蚀性能
• 6.1 涂层涂盐热腐蚀动力曲线分析
• 6.2 涂层涂盐热腐蚀形貌分析
• 6.2.1 涂层涂盐热腐蚀表面产物分析
• 6.2.2 涂层涂盐热腐蚀形貌分析
• 6.3 涂层涂盐热腐蚀机理
• 6.3.1 铁基涂层的涂盐热腐蚀机理分析
• 6.3.2 铝基涂层涂盐热腐蚀机理分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 铝基涂层硫化腐蚀性能测试
• 7.1 引言
• 7.2 涂层硫化腐蚀动力曲线分析
• 7.3 涂层硫化腐蚀显微分析
• 7.3.1 涂层硫化腐蚀表面产物分析
• 7.3.2 涂层硫化腐蚀形貌分析
• 7.4 硫化腐蚀机理分析
• 7.4.1 Q235 硫化腐蚀机理
• 7.4.2 A304L 硫化腐蚀机理
• 7.4.3 铁基涂层硫化腐蚀机理
• 7.4.4 A-1 涂层和C-1 涂层硫化腐蚀机理
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢