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铬含量对铁基电弧涂层高温氧化性能的影响

作　者: 王晓芳
导　师: 贺定勇
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铁基涂层电弧喷涂铬含量高温氧化涂盐腐蚀
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文采用电弧喷涂方法在Q235低碳钢表面制备不同铬含量的铁基合金涂层,用于解决高温设备受到高温腐蚀的防护问题。应用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对涂层的显微组织和常规性能进行分析,采用热震试验、高温氧化试验及涂盐腐蚀腐蚀试验方法评价涂层的耐蚀性能,并对涂层的腐蚀机理进行了研究。本文研究成果如下:1.采用430不锈钢带包裹铁、铬粉末,研制出不同铬含量的铁基粉芯喷涂丝材。并利用电弧喷涂技术制备了表面致密的铁基涂层。所制备的铁基涂层呈现出典型的层状结构特征,涂层主要相为铁铬固溶体,还含有少量的Fe、Cr的氧化物及尖晶石化合物。铁基涂层中铬的含量对涂层的显微硬度值有一定的影响,但影响不大,平均硬度值均略低于500HV0.1。随着铬含量的增多,涂层硬度略有增加。热震试验研究表明,Cr含量为40wt.%的试样抗热震性能最好;Cr含量为20wt.%的试样抗热震性能最差,另外两种试样的抗热震性能则介于之间。2.高温氧化性能研究表明,在同一实验温度下,涂层的氧化速率均低于基体的氧化速率,含铬量高的涂层在高温下具有优异的抗氧化性能。当铬含量大于40wt.%时,在涂层表面形成了单一而连续的氧化膜,涂层表现出良好的抗高温氧化性能,从而能有效地抑制外部腐蚀介质的进一步侵入,对基体材料起到很好的高温防护作用。3.涂盐腐蚀性能研究表明,四种涂层的腐蚀速率均远低于基体的腐蚀速率,其中铬含量为44wt.%的抗腐蚀性能最优,在650℃下氧化100h耐腐蚀能力较基体提高7.87倍。Cr的添加对涂层的耐热腐蚀有一定的改善作用。当铬含量大于40wt.%时,涂层生成的主要是尖晶石型FeCr2O4复合氧化物,一定程度上能够抑制外部腐蚀介质的进一步侵入,对基体材料起到很好的热腐蚀防护作用。而铬含量较低的涂层(Cr<30wt.%),由于氧化产物主要是Fe2O3,Fe2O3对基体基本没有起到保护作用,随着时间的增长,腐蚀层会逐渐深入,直至腐蚀到基体。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 热喷涂技术  11
  1.3 电弧喷涂现状与发展  11-13
    1.3.1 电弧喷涂的特点及应用  12
    1.3.2 电弧喷涂材料的发展  12-13
  1.4 抗高温腐蚀技术发展概况  13-14
  1.5 常用的耐腐蚀喷涂丝材及研究进展  14-16
    1.5.1 国外的研究进展  14-15
    1.5.2 国内的研究进展  15-16
  1.6 铬元素对涂层防腐性能的影响  16-17
  1.7 研究目标及主要研究内容  17-18
第2章材料及试验方法  18-22
  2.1 实验材料  18
  2.2 粉芯丝材的制备  18-19
    2.2.1 粉芯丝材的设计  18-19
    2.2.2 粉芯丝材的轧制  19
  2.3 高性能涂层的制备  19-20
  2.4 涂层常规性能测试  20-21
    2.4.1 涂层显微组织分析  20
    2.4.2 涂层的孔隙率  20
    2.4.3 显微硬度测试  20
    2.4.4 抗热震性能的测定  20-21
  2.5 涂层耐腐蚀性能测试  21-22
    2.5.1 高温氧化性能测试  21
    2.5.2 涂盐热腐蚀性能测试  21-22
第3章涂层的常规性能分析  22-32
  3.1 涂层的金相组织  22-23
  3.2 涂层的成分分析  23-27
    3.2.1 能谱分析  23-25
    3.2.2 XRD 衍射分析  25-27
  3.3 涂层的显微硬度  27
  3.4 涂层的孔隙率  27
  3.5 涂层的热震性能结果分析  27-29
  3.6 小结  29-32
第4章涂层抗高温氧化性能测试  32-44
  4.1 氧化腐蚀后涂层外观形貌  32-33
  4.2 腐蚀后金相照片  33-34
  4.3 显微硬度测试  34-35
  4.4 氧化动力学分析  35-38
  4.5 氧化产物XRD 衍射分析  38-40
  4.6 氧化腐蚀后外观形貌SEM 分析  40-42
  4.7 小结  42-44
第5章涂层热腐蚀性能测试  44-56
  5.1 金相组织分析  44-46
  5.2 显微硬度对比  46-47
  5.3 腐蚀动力学分析  47-49
  5.4 腐蚀产物分析  49-52
    5.4.1 XRD 衍射分析  49-50
    5.4.2 能谱分析  50-52
  5.5 腐蚀后形貌SEM 分析  52-54
  5.6 小结  54-56
结论  56-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63

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