Y改性Cr-Al渗层的组织及抗热冲击性能

采用粉末包埋渗法在DZ125镍基合金表面制备了Cr-Al-Y渗层。借助扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪,对Cr-Al-Y渗层组织结构及相组成进行了分析表征,对比研究了DZ125镍基合金基体及Cr-Al-Y渗层的抗热冲击性能。结果表明:经1050℃保温4 h所制备的Cr-Al-Y渗层均匀、致密、连续,厚度约为120μm,具有明显的沉积-扩散分布特征,渗层由外向内依次为Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al浅表层,富含Ni_(3)Al的Ni_(3)Cr_(2)外层、Ni_(3)Cr_(2)中间层和Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al内层。1000℃热冲击实验显示,DZ125基体热冲击31次后出现点状剥落,热冲击114次后目视可见裂纹,热冲击145次后表面出现块状剥落。Cr-Al-Y渗层热冲击142次后在渗层边缘出现细小裂纹,热冲击181次后出现可视细小裂纹,但渗层未出现剥落现象。这表明Cr-Al-Y渗层与基体合金之间不但具有良好的膜基结合力,还能在一定程度上提升DZ125基体合金的抗热冲击性能。

Cr和Y对Fe-Cr-Al合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中长期腐蚀行为的影响

Fe-Cr-Al合金因具有适中的热中子吸收截面、较好的抗辐照性能和优良的抗高温氧化性能等优点,成为事故容错燃料包壳的候选材料之一。熔炼制备了低Cr(Fe-12Cr-5Al、Fe-12Cr-5Al-0.01Y)和高Cr(Fe-20Cr-5Al、Fe-20Cr-5Al-0.01Y)的Fe-Cr-Al合金,采用静态高压釜研究了4种合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中长达2000 h的腐蚀行为。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分析了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:Cr含量的增加使合金晶粒细化,添加微量Y可以细化低Cr合金晶粒。在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀时,提高Cr含量可以明显降低Fe-Cr-Al合金的腐蚀增重速率;添加质量分数0.01%的Y可适当降低低Cr合金的腐蚀增重速率,但对高Cr合金的腐蚀增重速率影响并不明显。低Cr合金腐蚀形成的氧化膜为3层结构,从外到内依次为Fe_(3)O_(4)、Fe-Cr-Al的尖晶石氧化物、富Fe的内氧化过渡区;高Cr合金的氧化膜为两层结构,由外层Fe_(3)O_(4)和内层Fe-Cr-Al的尖晶石氧化物组成。提高Cr含量可抑制内氧化的发生以及外层Fe_(3)O_(4)的生成,添加微量Y对Fe-12Cr-5Al和Fe-20Cr-5Al合金氧化膜特性的影响不明显。

DZ125合金表面Cr-Al-Y涂层抗高温氧化性能及摩擦性能

目的提高DZ125合金的抗高温氧化性能和耐磨性。方法采用包埋渗技术在DZ125合金表面制备Cr-Al-Y涂层,分析Cr-Al-Y涂层经高温氧化后的组织结构和相组成,对比研究涂层与基体的摩擦行为。结果Cr-Al-Y涂层具有多层组织结构,经高温氧化100 h后,涂层的平均质量损失量仅为0.85 mg/cm^(2)。由于在高温氧化过程中Cr-Al-Y涂层形成了连续致密的Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)氧化膜,随着氧化温度的升高,涂层表面的氧化速率增大,导致氧化产物剥落,并出现表面缺陷。Cr-Al-Y涂层的摩擦因数明显低于DZ125基体的摩擦因数,DZ125合金的摩擦因数约为0.45,Cr-Al-Y涂层的摩擦因数约为0.2。在摩擦过程中,DZ125合金发生了犁削磨损和磨粒磨损,涂层表面发生了磨粒磨损。结论该涂层具有优异的抗高温氧化性能,连续致密的Al_(2)O_(3)氧化膜和Cr_(2)O_(3)氧化膜能够有效阻挡氧化性气氛与基体直接接触,从而降低氧化速率。Cr-Al-Y涂层的摩擦因数明显低于DZ125基体的摩擦因数,在磨损过程中涂层表面的氧化膜能有效阻挡GGr15球与基体发生直接接触式对磨,并且形成的Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)起到了润滑相的作用,从而减小了摩擦因数,降低了磨损率,提高了合金的耐磨性。

以Fe-Cr-Al合金为基体的镀镍层制备及其结合力研究

Fe-Cr-Al合金由于价格便宜、易加工、耐腐蚀等优点可以适用于能源消耗低且环保的新能源汽车,但由于其在空气中便会形成约纳米级的Cr2O3氧化层,使制备的电路板拒焊,导致难以与其他元件进行锡焊。为了提升锡焊的性能,需要进行表面镀镍。本文通过控制不同的刻蚀液浓度、刻蚀时间和电镀电流密度来对Fe-Cr-Al合金进行表面电镀。经过实验结果得知,三种影响因素中硫酸浓度对结合力影响最大,刻蚀时间其次,电流密度影响很小。具有最大结合力的镀镍工艺为:硫酸浓度:2mol/L;刻蚀时间:10min;电镀电流密度为4A/dm^(2)。经过合适的刻蚀后,可以实现镀镍层内聚破坏而失效而非镀层/基体界面破坏。

Ni-Cr-Al合金有序化早期原子尺度的模拟

基于三元体系的离散格点的微观相场模型,模拟研究温度1123K时三元合金Ni-Cr-Al有序化早期过程,通过研究沉淀过程原子图像和序参数曲线的演化,发现低饱和度合金Ni-15at.%Cr-10.5at.%Al沉淀机制为非经典形核长大,沉淀过程包括D022有序相的形核长大,L12有序相的形核和D022有序相向L12有序相的转化3个阶段。由于Cr原子替代Al原子位置,在L12有序相内两种原子占位几率接近,形成Ni3(CrxAl1-x)结构的L12有序相,并且与D022有序相共存。高饱和度合金沉淀机制为等成分有序化和失稳分解混合机制,并且有序化和簇聚过程比低饱和度合金提前。

Ni-Cr-Al-Y涂层真空热处理过程中元素的行为

采用电弧离子镀技术在铸造镍基合金 Ｋ１７和 Ｎｉ３Ａｌ基合金 ＩＣ－６上沉积 Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ－Ｙ涂层结果表明，在沉积过程中由于电弧离子镀的“溅射”和“反溅射”效应以及基体和涂层发生互扩散的共同作用下，沉积的 Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ－Ｙ涂层在靠近基体区含有少量基体元素，如 Ｃｏ， Ｔｉ和 Ｍｏ等 Ｋ１７合金中的 Ａｌ元素可抑制 Ｃｒ由涂层向基体扩散 ＩＣ－６合金中由于还含有 Ｍｏ元素，使这种抑制作用进一步增强在 １０５０ ℃真空热处理时，各元素互扩散能力增强，大量的 Ｃｒ克服 Ａｌ和 Ｍｏ元素的束缚向基体扩散，最终使两种合金上沉积的Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ－Ｙ涂层中的元素均匀分布。

退火及置换元素对Fe-Cr-Al基合金阻尼性能及强度的影响

制备了Fe-13Cr-6Al(原子分数,%)及用2%的Mo、Mn和Nb分别置换Fe-13Cr-6Al中的Cr,用0.5%和1%的Cu分别置换Fe-13Cr-6Al中的Al共6种合金.测试了各合金的阻尼性能和强度,通过金相观察和内应力分析研究了退火温度、冷却方式及合金元素对这两种性能的影响.结果表明:随着退火温度的升高,Fe-Cr-Al基阻尼合金阻尼性能升高,强度降低;随炉缓冷合金的阻尼性能高于水淬合金的阻尼性能,而前者的强度低于后者;0.5%Cu置换Al降低了位错与溶质原子之间的交互作用,但是提高了合金原子与基体原子的弹性交互作用,使合金的阻尼性能和强度都得到了提高.

Ni-Cr-Al合金在1000℃空气中的氧化

研究了两种不同Cr含量的常规熔炼Ni Cr Al合金在1000℃空气中的氧化行为.合金氧化动力学遵循抛物线规律,Ni 20Cr 2 5Al合金在1000℃的氧化增重略小于Ni 15Cr 2 5Al合金,二者的氧化增重都明显小于Ni 20Cr合金.Ni 20Cr 2 5Al合金1000℃氧化后形成了外层的Cr2O3及内层极薄的Al2O3型氧化膜,在Ni Cr合金中加入Al,由于Cr、Al的相互作用,降低了形成Cr2O3和Al2O3外氧化膜所需的Cr或Al的临界含量,促进了保护性Al2O3或Cr2O3膜的生成.

Fe-Cr-Al合金退火过程中组织和性能的演变

采用电子背散射衍射技术(EBSD)对Fe-Cr-Al合金在退火过程中的组织演变规律进行了研究,分析了退火时间对晶界分布、微观织构和性能的影响。结果表明:退火初期合金组织发生回复过程,晶界以小角晶界为主,织构为典型的立方晶体形变织构{001}<110>;退火时间在3～15 min内,组织发生再结晶,大角晶界急剧增加,织构转变为{111}<121>和{111}<112>;退火时间超过15 min后,合金的{111}织构组分减弱,而{001}织构组分增强。随着退火时间的延长,断后伸长率和塑性应变比(r值)先增大后减小,退火时间在15 min时断后伸长率和r值都达到最大值,分别为19.6%和1.23。r值与{111}/{001}织构强度的比值有很好的对应关系。

Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末的高温抗氧化行为

研究Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末在600℃空气中的高温抗氧化性能,分析铝含量和预氧化处理对合金粉末高温抗氧化行为的影响。利用水雾化法制备不同铝含量的Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末,利用静态质量增加法研究不同铝含量合金粉末的氧化动力学,分别利用FE-SEM(EDS)和XRD观察分析不同合金粉末氧化膜的形貌及成分,结合氧化动力学及氧化膜的组成进一步分析不同合金粉末的高温氧化机理。结果表明:Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末在600℃时的氧化质量增加遵循抛物线规律,铝含量的增加及预氧化处理均可提高合金粉末的抗氧化能力;铝含量的增加使氧化膜的组成由Cr2O3和Al2O3的混合结构转变为单一的Al2O3氧化膜结构,这有利于提高合金粉末的抗氧化性能;预氧化处理所形成的氧化膜有效地抑制Ni-Cr-Al-Fe基合金粉末的进一步氧化。

等离子喷涂炭/炭复合材料Cr-Al-Si涂层显微结构及高温抗氧化性能

采用等离子喷涂法在涂覆SiC内涂层的炭/炭复合材料表面制备了Cr-Al-Si外涂层。采用XRD和SEM分析了涂层的物相组成及微观结构,并测试了复合涂层炭/炭复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:合金外涂层主要由Al3.21Si0.47、Cr3Si及Al2O3组成,厚度约为120μm,无穿透性裂纹;多孔结构单一β-SiC内涂层的防氧化能力较差,氧化10 h后涂层试样的氧化失重就接近10%,外加Cr-Al-Si涂层后,涂层试样的氧化性能显著提高,氧化61 h后试样的失重仅为5.3%。

三靶共溅射纳米复合Cr-Al-Si-N涂层的制备及摩擦学性能研究

目的利用高功率脉冲磁控溅射技术离化率高、溅射离子能量高等优点,在Cr-Al-N涂层中添加Si元素研制a-Si3N4包裹nc-(Cr,Al)N的纳米复合涂层,通过改变反应沉积时的N2/Ar比来调控涂层成分与结构,实现纳米复合Cr-Al-Si-N涂层性能优化。方法采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控溅射技术制备Cr-Al-Si-N涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、应力仪、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N2/Ar比对涂层成分、结构、力学性能以及摩擦学行为的影响。结果涂层主要由面心立方结构的CrN与AlN相组成,且沿(200)晶面择优生长。当N2/Ar流量比为3∶1时,涂层与基体结合最好,临界载荷约为36.5N;摩擦系数和内应力较低,分别为0.5和-0.48GPa。当N2/Ar流量比为4∶1时,H/E值和H^3/E^*2值升至最高,分别为0.11和0.24GPa,磨损率最低,约为1.9×10^-4μm^3/(N·μm)。结论当N2/Ar流量比为4∶1时,三靶共溅射制备的Cr-Al-Si-N涂层硬度较高,耐磨性能最好。

预氧化对Fe-Cr-Al多孔材料抗硫化腐蚀性能的影响

Fe-Cr-Al合金在高温下具有突出的耐高温、抗氧化、耐腐蚀性能,且力学性能优异,是洁净煤高温气体净化的理想材料。探讨了预氧化对Fe-Cr-Al多孔材料抗硫化腐蚀性能的影响。预氧化处理使材料表面生成了连续、致密的Al2O3阻挡层,有效地阻止了硫分子和金属离子的扩散,极大地提高了Fe-Cr-Al多孔材料的抗硫化腐蚀性能。

热喷涂工艺对Ni-Cr-Al涂层硬度性能的影响

电弧喷涂是一种热喷涂技术,该技术具有优质、高效、低成本等特点。本文运用正交试验对电弧喷涂过程中喷涂电压、喷涂电流、喷涂压力、喷涂距离对Ni-Cr-Al涂层硬度性能的影响进行了研究,分别找到了影响电弧喷涂涂层硬度的主要因素,筛选出了最佳工艺条件,为今后电弧喷涂系统工艺参数的确定提供了参考。

Ni-Cr-Al-Fe基铸态合金的高温氧化行为

采用熔铸法制备不同Al含量的Ni-Cr-Al-Fe基合金,研究Al含量和预氧化处理对合金在600℃大气中抗氧化性能的影响,并利用FE-SEM(EDS)、XRD对不同状态合金氧化膜的形貌及成分进行对比分析。结果表明:Ni-Cr-Al-Fe基合金在600℃时的氧化动力学曲线较好地遵循抛物线规律,铝含量的增加以及预氧化处理均可提高合金的高温抗氧化性能;Ni-Cr-Al-Fe基合金在1 000℃预氧化以及600℃氧化时所形成的氧化膜成分与Al含量有关,Al含量越高越有利于单一Al2O3氧化膜的形成,对提高合金的抗氧化性能有益;随着氧化时间的延长,表面局部区域可进一步形成尖晶石类氧化物或复杂氧化物;预氧化处理所形成的氧化膜,可有效地防止Ni-Cr-Al-Fe基合金基体的氧化;同时,利用WAGNER的临界理论计算了600℃下的Ni-Cr-Al稳定氧化物图。

溶液中Cr-Al异金属配合物的形成及稳定性研究

比较了 Cr Cl3 - Al Cl3 、Cr2 (SO4) 3 - Al Cl3 、Cr2 (SO4) 3 - Al2 (SO4) 3 4类铬铝溶液的稳定性、吸光率和耐碱性。结果表明 ,在一定的铝铬比范围内 ,Cr3 + 、Al3 + 之间存在着协同作用 ;首次提出了 Cr- Al异金属配合物形成的取代反应模型 ;并结合配位场理论和价键理论解释了 Cr- Al异金属配合物不稳定的原因。

钇对Fe-Cr-Al合金氧化膜粘附性的影响

利用热重分析、扫描电镜及能谱分析等手段研究了合金中弥散分布的Y ,Y2 O3 及离子注入Y+ 对Fe 2 3Cr 5Al合金 110 0℃恒温氧化行为的影响。不含Y的Fe2 3Cr5Al合金氧化膜起皱 ,长时间氧化后冷却过程中膜发生开裂剥落。合金离子注入 1× 10 1 7Y+ /cm2 后氧化膜粘附性得到了改善。合金中加入弥散的Y或Y2 O3 改变了氧化膜形貌 ,膜平坦致密 ,不开裂剥落。不含Y的Fe2 3Cr5Al合金氧化膜皱褶形貌的形成及膜发生剥落的原因与氧化膜生长机制及合金中S的界面偏聚有关 ,Y提高Fe Cr Al合金氧化膜粘附性的原因主要在于Y易与S形成稳定的硫化物 ,从而阻止了S在膜 /合金界面偏聚。Y提高Al2 O3 膜粘附性的原因还在于改变了Al2 O3 膜的生长机制。

电弧喷涂Ni-Cr-Al涂层工艺优化与性能研究

采用Ni-Cr-Al丝材和PARXAIR-9935电弧喷涂系统制备镍基涂层,通过正交试验和AxioImager.A1m金相图像分析系统对Ni-Cr-Al电弧喷涂工艺进行优化;利用扫描电镜、能谱仪等方法对涂层进行分析,同时对涂层的硬度、耐磨性能进行了测试。确定优化后的工艺参数为:喷涂电流140A,喷涂电压38V,雾化空气压力0.4MPa,喷涂距离150mm。结果表明:喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力及喷涂距离对Ni-Cr-Al涂层孔隙率具有不同的影响,在优化的喷涂工艺参数下,Ni-Cr-Al涂层最小孔隙率可达5.20%,涂层的组织呈现出典型的层状结构特征,具有较好的硬度和耐磨损性能,可为今后电弧喷涂系统工艺参数的选定提供参考。

Ni-Cr-Al合金中间处理过程的微观相场模拟

基于微观相场模型,模拟研究中间处理+时效处理(1273K+1073K)工艺对Ni-15.5%Al-10.5%Cr(原子分数,下同)合金沉淀机制和有序相体积分数的影响。研究发现:经过中间处理,合金沉淀机制为非经典形核长大;而单级时效时,沉淀机制为等成分有序化+失稳分解混合机制。中间处理可得到尺寸较大的沉淀强化相γ′相,有序相体积分数和平均长程序参数有所提高,孕育期比单级时效延长。

20钢表面Cr-Al共渗工艺研究

采用固体粉末法对20钢在不同渗剂配方、不同热处理条件下Cr-Al共渗,利用金相显微镜、X射线衍射仪,对Cr-Al共渗试样渗层的组织和物相进行了分析,并对渗剂成分及配比对渗层的影响做了研究,对在950℃,1 000℃和1 050℃所得渗层的组织和性能方面进行了对比。结果表明:经Cr-Al共渗后的20钢,随温度的提高,共渗速度与渗层厚度均提高。渗层主要由黑色层Al8Cr5和白亮层AlFe3两部分组成,其渗层弥散分布黑色颗粒SiC。最终得出最佳工艺参数:共渗温度1 050℃;共渗时间5h;渗剂配方Cr2O310g,Al 5g,Al2O315g,SiC 15g,NaF 1.5g。