学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高温氧化热喷涂防护涂层的制备与防护机制研究

作　者: 沈威威
导　师: 张忠礼
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电弧喷涂 复合涂层 高温防护 海绵钛
分类号: TG174.442
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 69次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


钢铁材料具有极高的性价比,是当前应用最为广泛的工程结构材料。但是,在高温环境下,钢铁材料制造的设备或部件会因为高温氧化或热腐蚀问题,而过早地损坏失效。针对钢铁材料的高温氧化问题,本文通过采用电弧喷涂技术在钢铁部件表面制备金属基复合涂层,来提高钢铁材料的抗高温氧化性能,延长其使用寿命。通过对复合涂层的组织结构分析、优化了复合涂层的结构设计方案,并在此基础上,探讨了热喷涂复合涂层的高温防护机制。应用电弧喷涂技术分别在低碳钢基体表面制备了铁铬铝、硅铝合金和纯铝合金涂层及其组合而成的复合涂层,并采用了多种后处理方法封闭涂层孔隙。借助于扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析发现,在900℃加热条件下,复合涂层中的铝硅层已经发生熔化,其中一部分扩散进入内部涂层,增加了铁铬铝层中的铝元素含量,封闭铁铬铝层中的孔隙,从而减缓氧化进程。900℃加热3小时后,铝硅涂层向铁铬铝涂层扩散形成的渗层厚度约为0.4mm。FeCrAl内涂层合金元素扩散进入基体,形成的Cr扩散层深度为20μm-25μm。在铁铬铝涂层和基体结合处形成过渡层,增加了涂层与基体间的结合强度。高温加热过程中铁铬铝涂层与低碳钢结合方式由机械结合为主转变为冶金结合。随加热时间的延长,在涂层/基体界面处原位生成的氧化物带逐渐增加,200小时后氧化物带厚度为10μm-20μm。氧化物层有效地阻止了合金元素的互扩散过程,有助于维持复合涂层中抗氧化合金元素的有效浓度含量,同时增加了涂层与基体金属结合的可靠性。通过高温氧化实验,热喷涂复合涂层显著地提高了钢铁基体的抗高温氧化性能,长达2400h海绵钛实际生产环境挂片试验结果证明了复合涂层的有效抗氧化防护性能,为此工艺的实际应用提供有价值的参考。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 金属材料的高温氧化与防护  10-12
  1.2 电弧喷涂技术的发展及应用  12-15
  1.3 电弧喷涂技术在高温防腐蚀方面的应用  15-16
  1.4 材料氧化研究  16-19
    1.4.1 合金元素扩散  17-18
    1.4.2 氧化动力学研究  18-19
  1.5 本课题研究的目的及意义  19-21
第二章 实验材料、设备及喷涂工艺参数  21-27
  2.1 实验材料的选用  21
  2.2 实验设备  21-22
    2.2.1 电弧喷涂设备组成  21-22
    2.2.2 辅助设备  22
  2.3 设备调试  22-23
  2.4 喷涂预处理及工艺参数  23-27
    2.4.1 喷涂前预处理  23-24
    2.4.2 喷涂后的封孔处理  24
    2.4.3 喷涂主要工艺参数及设定  24-27
第三章 复合涂层的微观组织与氧化行为  27-39
  3.1 试样制备及方法  27-28
  3.2 涂层的性能研究  28-34
    3.2.1 氧化动力学曲线  28-29
    3.2.2 Al、AlSi 涂层900℃/24 小时氧化动力学曲线  29-31
    3.2.3 900℃/3h，Al、AlSi 涂层/基体界面的微观组织变化  31-33
    3.2.4 900℃加热后涂层与基体结合情况  33-34
  3.3 复合涂层体系内涂层的选择  34-36
  3.4 FeCrAl 为内涂层Al、AlSi 为面层不同厚度组合的复合涂层  36-39
第四章 复合涂层界面及氧化防护机制  39-59
  4.1 氧化过程分析  39-40
  4.2 涂层的制备与分析前准备  40-41
  4.3 涂层的界面微观组织形貌变化分析及防护机制  41-51
    4.3.1 喷涂态复合涂层与基体界面微观组织分析  41-42
    4.3.2 900℃/3h 加热后的复合涂层/基体界面微观组织分析  42-43
    4.3.3 短时间氧化实验的复合涂层防护机制  43-47
    4.3.4 900℃/2400h 加热后的复合涂层/基体界面微观组织分析  47-49
    4.3.5 长时间氧化实验的复合涂层防护机制  49-51
  4.4 复合涂层合金元素扩散  51-56
    4.4.1 900℃/3h 加热后复合涂层/基体界面的元素分布  51-54
    4.4.2 900℃/2400h 加热后复合涂层/基体界面的元素分布  54-56
  4.5 氧化防护复合涂层氧化实验后的宏观变化  56-59
第五章 涂层与基体金属的结合性能  59-63
  5.1 涂层抗拉强度试验  59-61
    5.1.1 试样规格及制备  59-60
    5.1.2 粘结过程  60-61
  5.2 拉伸结果及分析  61-63
第六章 结论  63-64
参考文献  64-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

相似论文

  1. FeMnCrNiAlBSi/Cr3C2涂层组织与性能的研究,TG174.44
  2. La2O3+CeO2对Ni-WC真空熔烧涂层的组织及性能的影响,TG174.44
  3. 抗高温硫化腐蚀热喷涂涂层的研究,TG174.442
  4. 海绵钛反应釜抗高温氧化涂层制备及机理研究,TG174.442
  5. 45CT涂层高温性能及其机理研究,TG174.442
  6. 纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响,TB383.1
  7. 特种涂层在热电锅炉保护中的应用研究,TG174.442
  8. 纯铜表面金属夹嵌陶瓷复合涂层技术研究,TG174.44
  9. 碳钢表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层研究,TG174.44
  10. 电弧喷涂Fe基非晶涂层的制备及摩擦学性能研究,TG174.44
  11. 镁锌基合金表面复合涂层制备及生物特性研究,TG174.4
  12. 外送粉电弧喷涂复合涂层工艺与性能的研究,TG174.4
  13. 反应等离子喷涂Fe-Al_2O_3-FeAl_2O_4复合涂层形成机理的研究,TG174.442
  14. 陶瓷、玻璃表面金属化及其性能研究,TQ174.64
  15. 冷喷涂铜合金涂层制备工艺及其防护性能研究,TG174.44
  16. 电站阀门用钢表面改性研究,TG174.44
  17. 反应等离子喷涂Fe-Al_2O_3-FeAl_2O_4复合涂层形成机理的研究,TG174.4
  18. 激光熔覆Fe-Al复合涂层研究及数值模拟,TG174.44
  19. 钛合金表面激光原位合成TiN/Ti_3Al涂层的微观结构与力学性能,TG174.4
  20. 镁锂合金表面微弧氧化膜及复合涂层的制备与性能,TG174.4

中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 金属复层保护 > 喷镀法
© 2012 www.xueweilunwen.com