碳钢表面机械合金化制备高cr合金层的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要机械合金化过程中，粉末在经历冷焊和细化的同时，其中一部分粉末吸附在磨球表面及罐壁上，经过反复挤压和冷焊，形成一定厚度的涂层。根据这一原理本文从三种不同的粉末体系出发，配以一定的球磨工艺参数，首次在管状碳钢材料内壁成功制备了高Cr合金层。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM），能谱仪（EDS）及透射电镜（TEM）等对合金层进行显微组织、化学成分和相结构分析，并进行显微硬度测试、热震实验、循环氧化实验、阳极氧化实验来测试合金层相关性能。实验首先以纯Cr粉为合金层原始粉末，分别设定300r/min，400r/min，500r/min三种

2、球磨转速。发现高Cr合金层的厚度受机械球磨工艺参数的影响，且在合金层和基体结合处存在扩散现象。对含10wt%RE-Si-Fe和20wt%Al粉所制备的合金层的显微组织分析发现，稀土元素和Al能有效增加Cr的沉积率，提高合金层的厚度和扩散层厚度。合金层的性能测试表明，高Cr合金层的显微硬度相对原始基体均有较大程度的提高，且界面结合处的硬度呈现梯度分布，抗高温氧化能力和耐蚀性相对于基体也有较大的提高。在球磨转速为500r/min条件下，抗氧化性能和耐蚀性最为优良。添加稀土元素后，合金层的抗剥落能力得到很大提高，试样在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀性得到较大改善。添加Al

3、使得合金层抗剥落能力得到一定程度的提高，合金层表面抗高温氧化能力要强于纯Cr粉合金层试样。在研究MA技术制备高Cr合金层的机理时认为，球磨过程中，由于磨球对试样表面的摩擦及剪切作用，导致试样表面处于高度激活态，促进了Cr粉与试样表面的结合。Fe、Cr原子彼此相互扩散，形成冶金结合的合金层，同时冷焊而成的复合Cr粒子继续与试样表面发生冷焊作用，使合金层往外生长。关键词：机械合金化；Cr合金层；球磨转速；稀土；Cr-Al合金层；i碳钢表面机械合金化制备高Cr合金层的研究ABSTRACTDuringmechanicalalloying(MA)process,thepowde

4、rundergoescoldweldingandtheresultedrefinement.Meanwhile,duetotherepeatedimpactsandcoldwelding,afractionofpowdertendstoadheretothesurfaceofballsandtheinnerwallofthecontainer,soastoformacoatinglayer.Basedonthisprinciple,thepresentpaperreportsthestudiesonhighcontentCrcoatinglayerpreparedby

5、ballmilling.X-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM),energydispersiveX-rayspectroscopy(EDS),transmissionelectronmicroscopy(TEM)wereusedtoinvestigatethemicrostructureandelementaldistribution.Micro-hardnesstest,heatshockexperiment,hightemperatureoxidationexperimentandelectroc

6、hemicalcorrosiontechniquewerecarriedouttostudythepropertiesofas-preparedcoatinglayers.Ahigh-contentCrcoatinglayerwasobtainedontheinnersurfaceoftubularsubstratebuyusingsinglecomponentCrpowderanddifferentrotatingspeeds(300r/min,400r/min,500r/min).Theresultsshowedthattherotatingspeedhadani

7、mportanteffectonthethicknessofcoatinglayer.Therewasadiffusionlayerattheinterface.Forthecoatinglayerswith10wt%RE-Si-Feand20wt%Al,thesetwocomponentscouldbothefficientlyimprovethethicknessofcoatinglayer,thicknessofdiffusionlayerandthedepositionrateofCrpowder.Theresultsofproperties