扩散性铝化物涂层及制备工艺

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1、武汉理工大学硕士学位论文扩散性铝化物涂层及制备工艺高温铝化物扩散涂层是在20世纪50年代发展起来的，到目前仍被广泛应用，并占整个高温防护涂层的90%。制备铝化物涂层的扩散渗铝工艺成熟，方法多样化。在镍基合金上应用最广的渗铝方法有:固体粉末渗铝，料浆法渗铝。下面简要介绍固体粉末渗铝、料浆渗铝、气相渗铝三种工艺的原理。1固体粉末渗铝[11]在耐热钢容器中，将样品包装于扩散剂之中，渗剂由金属铝粉末或富Al的FeAl合金粉末，活化物质(如卤族化合物)及填料(氧化铝)混合组成，用氢或氢气作保护气体，按规定的时间进行热扩散处理。以钢的渗铝为例来说明渗铝的原理。渗铝过程中发生如下系列反应:2NH4Cl

2、=2HCl+N2+3H26HCl+2Al=2AlCl3+3H2Fe+AlCl3=FeC13+[Al]即在高温下，NH4Cl分解释放出HCl气体、HCl和铝粉或FeAl粉中的铝反应形成气态AlCl3。AlCl3扩散向渗件表面，并和基体元素铁反应，铝原子被置换出来.反应式在通常情况下几乎不会发生，但在金属表面有催渗剂的条件是有可能发生的。一般常见的渗铝温度为850℃～1050℃。温度太低，渗铝速度会急剧下降；温度太高，则渗铝件的晶粒急剧长大而使材料的机械性能变差。渗铝层的厚度可通过调整渗铝时间和温度来控制。但是，为获得较厚的渗层，延长渗铝时间远没有提高温度那样效果显著，因为在保温一定时间后，合

3、金表面的铝己达到饱和状态，此后渗铝层的厚度将完全取决于铝的扩散速度，即使再延长时间，渗铝层厚度也不会有很大的增加[12]。固体粉末渗铝的优点是:设备简单，操作方便，特别适用于机械的零部件；其缺点是:渗剂容易被氧化，工件尺寸受限制，对工件表面粗糙度有一定影响。2料桨法渗铝[13][14]料浆法(slurryprocess)将渗铝剂和粘结剂配制成料浆，涂在工件表面，烘干后在真空或氢气保护下进行高温扩散处理。高温扩散处理温度一般在1000℃～1200℃4武汉理工大学硕士学位论文。用铝活度高的料浆得到向里扩散型涂层，铝活度低时得到向外扩散型铝化物涂层。机理与固体粉末法类似，但因其有不受工件尺寸限

4、制，可以在形状复杂的工件表面涂覆铝化物涂层.根据渗层形成的原理，料浆渗铝可分为熔烧型和扩散型两种。熔烧型的料浆只用铝粉作渗剂，不加活化剂，其渗铝原理与液体法相同。扩散型的渗铝剂中需有氧化铝粉及活化剂，其渗铝原理与固体法相同。此次在K4l7合金表面制备的渗Al涂层属于无机盐料浆涂层，属于熔烧型，渗剂中无活化剂.无机盐料浆涂层是二十世纪七十年代发展起来的一种较新型涂层，它具有优越的耐腐蚀性能，而且工艺简便，成本低廉.我国制备此涂层一般工艺流程是:待渗工件除油→称量或测厚→涂覆→烘干→固化→称量或测厚→扩散处理→清理→称量或测厚→成品在按上述流程操作时，首先必须保证除油的质量，还可以用120～2

5、20目Al203砂轻吹，除去工件表面污物和造成一定的粗糙度，以增强料浆与工件表面的结合力.对料浆的厚度以称量法较为准确，用测厚法也可行。料浆层的厚度以采用反复喷涂的方法来达到要求为好。与一次喷涂达到厚度要求相比，多次喷涂可以改善料浆的均匀度及致密性。采用反复喷涂的方法时，在每次喷涂后应予以烘干，烘干温度80℃。如料浆层过厚，可用碱的水溶液除去后再重新喷涂。固化在370℃左右进行，在扩散处理后应进行清理。清理后的工件表面呈黑色；用轻吹砂的方法清理后，表面为带玫瑰红的乳白色。影响工件质量工艺参数:(1)粘结剂成分的影响粘结剂成分的变化，直接影响涂层的表面光洁度和渗入量。(2)金属粉末的影响料浆

6、中的铝粉含量一般控制在50%(质量百分数)。含量过高会使料浆太稠而不易涂覆均匀，影响表面质量和涂层均匀性，含量过低涂覆时容易流淌，导致渗层铝浓度低。(3)不同料浆量对渗入量的影响根据实践经验，一般来说，渗入量随料浆量的增加而增加，因此，正确地选择喷涂料浆量是控制渗层厚度的关键。(4)扩散温度对渗入量的影响根据有关测试表明，扩散温度对渗入量的影响小。因此，可在较宽的温度范围内选择扩散温度。3气相渗铝[10]气相渗铝(vapourphaseAluminizing4武汉理工大学硕士学位论文)与粉末包装法相似，故也称非接触包装渗铝(out-of-contactAluminizing)，或者称为o

7、verAluminizing或abovepack。工艺步骤:在密封的反应器中，将样品悬挂于盛渗剂的浅盘之上，通入氢气。当加热到预定温度，渗剂中含欲渗元素如Al或Cr的合金(Me)与活化剂卤族元素(X)的化合物AXX(A为NH4、Y、Zr或Hf)反应，生成挥发性金属卤化物MeXx:Me(合金)十AXx=MeXx(g)+A当渗铝时，铝源用FeAl合金与Cl反应，可形成AlCl、AlCl2和AlCl3，它们以气态扩散到镍基合金