液相脈沖放電制備含F(xiàn)e-Al化合物表面改性層及抗腐蝕性能研究.pdf

1、金屬間化合物是一種介于高溫合金與陶瓷之間的新型無機(jī)材料，因其兼具金屬材料與陶瓷材料的低密度，高彈性模量，高導(dǎo)熱系數(shù)，高比強(qiáng)度和優(yōu)異的高溫抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的重視，其中 Fe-Al體系的金屬間化合物還具有耐腐蝕性能高、原料成本低的優(yōu)勢(shì)，而得到更多的關(guān)注。應(yīng)當(dāng)指出的是，由于它們存在脆性大難于成形加工的缺點(diǎn)而限制了其使用范圍。采用新技術(shù)制備金屬間化合物涂層可以克服其脆性大的缺點(diǎn)，從而擴(kuò)展其使用范圍，因此，開展該領(lǐng)域的研究具有重要的科學(xué)

2、意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　液相脈沖放電合金化技術(shù)EDA(Electrical Discharge Alloying Technology）是在傳統(tǒng)的電火花加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的表面處理技術(shù)，其工作原理是利用脈沖放電產(chǎn)生的熱量使工具電極材料、液相介質(zhì)分解物和工件熔融材料在工件表面發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)化涂層，從而提高工件的表面性能。以往的研究多集中在 TiC類金屬陶瓷涂層的制備與性能研究方面，采用 EDA技術(shù)制備

3、鐵鋁系化合物表面改性層的研究還未見報(bào)道。
　　基于上述現(xiàn)狀，本文采用壓制成形的純鋁電極為工具電極，航空煤油和鋁粉為混合加工介質(zhì)，利用EDA技術(shù)在45鋼基體表面制備出含F(xiàn)e-Al化合物表面改性層。利用金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)儀器對(duì)所制備的改性層的組織特征、相結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分進(jìn)行了分析和表征；研究了脈沖寬度、脈沖間隙、峰值電流等工藝參數(shù)對(duì)鐵鋁化合物表面改性層形成的影響

4、規(guī)律，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化了放電制備參數(shù)。測(cè)試并分析了表面改性層的顯微硬度、表面粗糙度和表面接觸角，利用電化學(xué)工作站研究了改性層在氯化鈉水溶液中的抗腐蝕性能。通過研究得出了以下主要結(jié)論：
　　1.以壓制成形的純鋁電極為工具電極，航空煤油和鋁粉為混粉液相加工介質(zhì)，采用EDA方法可以在中碳鋼表面獲得鐵鋁化合物改性層的同時(shí)，又依托液相脈沖放電過程中產(chǎn)生的電蝕坑作為形貌基礎(chǔ)，獲得疏氯化鈉溶液的表面微米-亞微米多尺度結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)中碳鋼表面疏氯

5、化鈉溶液與耐腐蝕改性功能層的一步法制備。
　　2.透射電鏡的明場(chǎng)像與選取電子衍射花樣分析表明，所制備的改性層中鐵鋁化合物以微米與亞微米的粒狀結(jié)構(gòu)嵌在鐵基體中，由于晶粒細(xì)化導(dǎo)致了改性層XRD衍射圖中的相應(yīng)衍射峰的寬化。
　　3.以液相脈沖放電產(chǎn)生的蝕坑為形貌基礎(chǔ)，峰值電流與脈沖寬度的變化對(duì)改性層表面粗糙度影響比較明顯，通過峰值電流與脈沖寬度的變化可以調(diào)控改性層表面微觀幾何形貌，獲得微米-亞微米多尺度結(jié)構(gòu)。
　　4.在優(yōu)化

6、工藝參數(shù)條件下，通過液相脈沖放電技術(shù)所制備的改性層的主要物相為Al13Fe4和Fe，同時(shí)含有少量的Al。改性層表面平整無熱裂紋與孔洞，平均厚約20μm，硬度較改性前有提升。
　　5.在氯化鈉溶液環(huán)境下，改性后的樣品極化電位與自腐蝕電流均有較大改善（未處理試樣腐蝕電流密度 icorr大小為1.17×10-5A cm-2；自腐蝕電位 Ecorr為-0.735VSCE，優(yōu)化參數(shù)制備的表面改性層試樣腐蝕電流密度 icorr為1.52×10

7、-6A cm-2，自腐蝕電位Ecorr為-0.537VSCE)。涂層耐腐蝕性能提高的機(jī)理為：一方面，致密的含Al13Fe4相的表面改性層存在提高了涂層自身的耐腐蝕性能，另一方面，改性層表面的微米—亞微米多尺度微觀幾何結(jié)構(gòu)，可以有效減少氯化鈉溶液在材料表面的鋪展性，對(duì)于進(jìn)一步限制離子滲透腐蝕有積極作用。
　　6.以改性層的厚度均勻性、致密性、以及在氯化鈉環(huán)境中耐腐蝕性能，作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以優(yōu)化出改性層的最佳制備工藝參數(shù)，即在混鋁