包埋滲鋁法制備Fe-Al滲層及其擴散機制

Fe-Al金屬間化合物憑借其低密度、高強度和優(yōu)異的抗氧化、耐腐蝕等性能，廣泛應用于傳統工程材料中[1,2] 近年來(lái)，有關(guān)Fe-Al 金屬間化合物涂層的研究也取得了較好的進(jìn)展 如馬壯等[3]利用氬弧熔覆方法在Q235鋼表面制備了Fe-Al和Fe-Al/Al2O3熔覆層，熔覆層的存在不僅提高了基體材料硬度，還使Q235鋼的抗氧化性能提高了4倍以上 此外，廖遠祿等[4]研究了碳鋼熱浸鍍鋁涂層的磨損性能，發(fā)現900℃擴散退火后涂層主要含脆性相Fe2Al5，1000℃退火后全部轉化為韌性相FeAl，磨損實(shí)驗結果表明鍍鋁鋼在200~400℃具有優(yōu)異耐磨性能的磨損機制為氧化輕微磨損 N. Cinca等[5]通過(guò)超音速火焰噴涂法制備了Fe-Al涂層，分析了涂層的摩擦現象及磨損機理 包埋滲鋁法是一種常用的滲鋁工藝，其利用原位化學(xué)氣相沉積原理，通過(guò)化學(xué)反應產(chǎn)生的鋁原子與基體接觸，再進(jìn)行加熱、保溫和擴散等步驟，使鋁原子與基體材料結合，進(jìn)一步形成金屬間化合物滲層[6~8] Fe-Al滲層是在鋼材表面進(jìn)行包埋滲鋁得到的產(chǎn)物 如謝歡等[9]在GCr15鋼表面進(jìn)行包埋滲鋁，通過(guò)調整不同參數，得到最佳滲鋁工藝參數 S. Majumdar等[10]在SS316不銹鋼表面進(jìn)行包埋滲鋁形成了Fe-Al滲層，并進(jìn)一步分析了滲層在不同熱處理溫度下的物相轉變規律 同時(shí)，其他學(xué)者對包埋滲鋁法獲得Fe-Al滲層的性能也進(jìn)行了研究，如M. Huang等[11]研究了X80管線(xiàn)鋼低溫包埋滲鋁后氧化得到陶瓷涂層的耐腐蝕性能，認為Fe-Al涂層提高基體耐腐蝕性能的原因在于α-Al2O3陶瓷層的形成 本文以低碳鋼Q235為研究對象，通過(guò)調整滲鋁溫度和滲鋁時(shí)間，選擇特定的滲鋁劑，在低碳鋼表面進(jìn)行粉末包埋滲鋁，并對滲鋁層表面物相、表面及截面形貌、成分和截面硬度進(jìn)行表征，并進(jìn)一步分析Fe-Al滲層形成的熱、動(dòng)力學(xué)條件，以揭示Fe-Al滲層的形成機制 1 實(shí)驗方法1.1 樣品制備 Q235低碳鋼的化學(xué)成分如表1所示 采用線(xiàn)切割將其加工成10 mm×10 mm×2 mm的樣品 AlCl3是可以實(shí)現低溫滲鋁最合適的催滲劑[12]，因此，包埋滲鋁試驗滲劑組成有催滲劑AlCl3、供鋁劑Al粉和惰性添加劑Al2O3粉 試劑具體規格如表2所示 Table 1 表1 表1Q235低碳鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分數, %) Tabl