论文摘要
Fe-Al金属间化合物是介于高温合金与陶瓷之间的一种新型高温材料,该合金中最受关注的主要是Fe3Al,这种合金具有优良的抗氧化和抗硫化性能、多种介质中的抗腐蚀性和较高的高温强度,密度低,不含贵重合金元素,有望成为新一代廉价耐腐蚀材料。但Fe3Al室温韧性不足、加工成型困难的问题至今尚未获得圆满解决,从而限制了Fe3Al作为结构材料在工业中的应用。而利用激光熔覆技术,在钢铁材料表面制备Fe3Al涂层,可避开其上述缺点并可显著改善钢铁材料的表面性能,从而提高材料的服役寿命。本文以Q235钢为基体材料,利用激光熔覆技术,制备了Fe3Al涂层。利用SEM,XRD等手段分析熔覆合金组织及相结构,探讨激光熔覆条件下Fe3Al金属间化合物合金层的组织结构特点。以次亚磷酸钠为还原剂,用化学镀法制备Fe包覆Al复合粉末,通过研究络合剂、镀液pH值、镀液温度以及施镀时间对所得Fe/Al复合粉末镀覆效果的影响,得出优化的工艺参数为:硫酸亚铁8g/L;酒石酸钾钠16 g/L;柠檬酸6 g/L;次亚磷酸钠30～40g/L;pH值9.5;温度75～80℃;镀覆时间:40min。在上述工艺条件下在微米级铝粉表面包覆了一层均匀的团粒状的铁层,得到了以铝为核,铁为壳的核-壳包覆式复合粉末。在Q235钢表面激光熔覆通过化学镀法制得的Fe包覆Al复合粉末,可得到Fe-Al金属间化合物涂层,熔覆合金层主要由Fe3Al和FeAl2构成,覆层中分布着树枝晶、柱状晶和颗粒相。分析了激光熔覆中的凝固行为及凝固速度R和温度梯度G对凝固后晶体组织形貌的影响,温度梯度G/凝固速度R（G/R）是凝固组织生长形态选择的控制参量,随着距熔池底部距离的增加,G/R迅速下降,形成了树枝状或柱状晶的涂层区组织特征。由于在激光熔覆过程中熔化的基体材料通过对流传质作用扩散到涂层中,造成了涂层的稀释,从而使涂层成分有较大的改变。而在激光熔覆快速冷却过程中由于涂层中很高的温度梯度以及涂层与基体间的热膨胀系数差造成的热应力,容易导致涂层产生裂纹。为了与激光熔覆Fe包覆Al复合粉末生成铁铝金属间化合物涂层的组织形貌作比较,在Q235钢表面激光熔覆通过机械合金化法制得的Fe3Al粉末,得到了成分为Fe3Al的涂层。激光熔覆Fe包覆Al复合粉末同样可以得到Fe3Al涂层,但与激光熔覆Fe3Al粉末得到的涂层组织结构不同。前者熔覆层中分布着树枝晶、柱状晶和颗粒相,后者覆层组织为粗大等轴状晶团,等轴状晶团内部由大量极细小的条状Fe3Al晶粒构成。