耐蚀耐磨膏状渗剂的制备及其性能研究

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1、耐蚀耐磨膏状渗剂的制备及其性能研究王海芳(材料学)指导教师：王引真教授摘要为了解决抽油杆的腐蚀磨损问题，延长其使用寿命，设计并制备了可实现自保护硼铝共渗的膏剂(由渗剂和自保护剂组成)，研究了渗层的组织与性能。通过热力学计算确定了硼铝共渗材料体系及渗剂组成。通过正交试验优化，得出渗剂组成对渗层致密性、相组成和厚度的影响由主到次的顺序为：硼砂一铝粉一活化剂一填充剂，最佳渗剂配方为：6wt％铝粉+24wt％硼砂+5wt％活化剂(2．5wt％冰晶石+2．5wt％氯化镁)+15wt％石墨+5嘶t％氧化铝，5wt％的羧甲基纤维素作粘结剂。试验设计的自保护剂配

2、方为：30wt％KBF。+20wt％NaF+40wt％SiC+lOwt％Na。CO。(占总渗剂的25wt％)，在空气中加热时可在膏剂表面形成隔绝空气的保护层，具有自保护功能。膏剂配方在930"C～960。C下保温4h～5h进行共渗，渗层厚度可达45um～55um。渗层成分分析表明，膏剂法可实现硼铝共渗，Al元素在界面处分布连续、致密，碳元素在界面附近形成富碳区。硼铝共渗的机理为：渗入过程中首先形成的是Fe。B相，FeB相是在其后随着表面硼浓度的不断升高开始形核的，[A1]原子扩散和长大受到硼化物的抑制。本课题还研究了渗剂制备工艺及稀土元素对渗层组

3、织和性能的影响，结果表明：与机械混合相比球磨混合可以增加渗层的厚度，使渗层连续。在膏剂配方中加入稀土，可在低温、短时间下获得与机械混合、球磨混合相同厚度的渗层，其组织紧密、硼化物呈现细密的针齿状，这对降低渗层脆性和提高渗层与基体的结合力是有利的。渗剂制备工艺对渗层硬度、耐磨性、耐蚀性均有较大影响，采用球磨混合方式制粉，可使渗剂与基体接触均匀，不会发生漏渗，因此耐蚀性、耐磨性好。稀土可以除杂净化，本身具有较高的化学电位，使渗层组织致密、减少裂纹源，从而提高渗层的耐蚀性、耐磨性。渗入稀土的渗层磨损失效机制以磨粒磨损和粘着磨损。关键词：硼铝共渗，膏剂，

4、自保护，渗层StudyonDevelopmentandpropertiesofpasteWearandCorrosionResistantDiffusionLayersWANGHai·fang(MaterialScience)DirectedbyAssociateProfessorWANGYin-zhcnAbstractToextendthelifesuckerrodagainstthecorrosionandwear,designingandformingapasteprotectiontechnologyofB—A1diffusionands

5、tudyingtheorganizationandproperty．Throughthermodynamiccalculatiomandanalysiswereidentifiedboronaluminummaterialssystemandpaste．Thecontentsofborax，aluminum，activatorandfillerhavebeenoptimizedbyorthogonalexperimentaldesignmethod．Theresultsshowthattheboraxhasthegreatesteffectsto

6、diffusionlayers，thenthealuminum，activatorandfiller．Theoptimizedresultsalegivenasfollows：pasteisincludealuminum(6％)，borax(24％)，activator5％)，graphite(15％)，alumina(50％)andcalboxymethylcellulose(5％)，whichactivator(5％)includescryolite(2．5哟andmagnesiumchloride：bischofite(2．5呦．Self-

7、protectivelayerofpastewhichisabout25percentpasteandcontentsisaboutKBF4(30％)，NaF(20％)，SiC(40％)andNa2C03(10％)．Sincethedesignedpastehasfunctionsself-protective，heatingmayformpastesurfacelayerseparatedfromair．From930to960centigradethepasteslayerthicknessmayreached451xm-551trapers

8、isting4h～5h．Diffusionlayerscompositionanalysisshowsthatthebestformul