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文檔簡介
1、進入20世紀以來,我國的國防、航空、能源、機電、國民經濟以及綜合國力的發(fā)展突飛猛進,進而對高溫合金的需求進一步提高。在2012年,我國高溫合金產量約為1W噸,但是市場需求則超過了2W噸,高溫合金市場供不應求。另外,我國并未掌握一些高檔高溫合金制造的先進工藝,并且對1000℃以上使用的高溫合金種類研究較少,因此很多特殊高溫材料長期依賴進口。國內生產技術與市場之間供求的不平衡,使高檔高溫合金的開發(fā)研制迫在眉睫。奧氏體不銹鋼是不銹鋼類中使用量
2、最大的一種,在高溫下具有良好的力學性能和抗氧化能力,廣泛應用于1000℃以下的工作環(huán)境中,故探索奧氏體不銹鋼在超過1000℃環(huán)境下的抗氧化性能提高的方法,具有深遠的現(xiàn)實意義。
本研究利用雙層輝光等離子滲金屬技術,在0Cr18Ni9Ti不銹鋼的表面進行等離子滲鉿;以及對滲鉿層進行固體滲碳,形成含鉿及含鉿碳化物的兩種梯度合金層。研究了滲鉿合金層的顯微組織、成分及分布、結構組成、表面硬度分布以及耐蝕性;考察滲鉿合金層及滲鉿+滲碳層的
3、高溫耐磨性及抗高溫氧化性能;并與0Cr18Ni9Ti不銹鋼基材作對比。試驗結果如下:
(1)滲鉿最優(yōu)工藝參數(shù):源極電壓790~810V,保溫時間5h,極間距25mm,氣壓35Pa,溫度1100℃;形成的滲層厚約35um;滲層與基體之間有一條反應擴散線,說明滲金屬過程中發(fā)生反應擴散;滲層為冶金結合,沒有剝落現(xiàn)象;表面物相有:HfC、Hf2Fe、Hf。滲碳試驗:滲碳層厚約100um,與基體呈冶金結合;碳化物以顆粒狀和塊狀在滲層中彌
4、散分布,尺寸為1~5um,主要為 MC、M7C3、M23C6類型;結合定比碳原則分析,表面含碳量高于理論計算值;滲鉿后表面硬度為620 HV0.1,滲鉿+滲碳后為1400 HV0.1;
(2)滲鉿試樣在 H2SO4溶液電化學腐蝕性略差;在 HNO3、NaCl、NaOH溶液中耐蝕性均提高,相對基材腐蝕速度降低了2.32倍、1.74倍、1.38倍。由于在腐蝕液中滲鉿試樣表面形成含鉿和鉻的氧化膜,能提高氧化鉻薄膜的致密性和穩(wěn)定性;另
5、外鉿為強碳化物形成元素,能固定鋼中的碳而形成穩(wěn)定的HfC,降低晶間腐蝕傾向;
(3)滲鉿試樣表面沉積層結合力為20N,沉積層以下的滲層由于冶金結合,結合力曲線幾乎為直線;由摩擦系數(shù)及磨損失重可知滲鉿+滲碳試樣耐磨性最優(yōu),300℃和500℃時滲鉿試樣相對基材耐磨性分別提高了1.47和1.94倍,滲碳試樣提高了2.13和2.28倍;基材劃痕較深,出現(xiàn)片狀剝落,表面粗化明顯;滲鉿試樣由于固溶強化,承載能力增加,且在磨損中出現(xiàn)合金氧化
6、物,耐磨性能提高;滲鉿+滲碳試樣表面硬度高、硬質點多,磨痕較淺,無變形和粘著;
?。?)基材、滲鉿試樣以及滲鉿+滲碳試樣的氧化服從拋物線規(guī)律,并且依次經過滲鉿及滲碳后,氧化增重及相對氧化速率降低;在1050℃和1100℃氧化時滲鉿試樣氧效阻止合金元素向外擴散,Hf在高溫可固溶在γ'相中,并析出含Hf的飽和固溶體,能顯著改善表面抗高溫氧化能力,阻止氧對基體的侵蝕,此外表面的 HfC等碳化物以及HfO2有效地降低了氧離子的擴散速率。
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