含dy金属合金化涂层沉积参数和组织结构分析
电火花沉积因为有操作便捷，设备简单，工艺精简，节能环保等优点受到了越来越多的关注。在研究的过程中人们发现，电火花沉积的沉积参数对沉积效果的有很大的影响。因此，研究沉积参数对电火花沉积技术的影响，对于优化电火花沉积的工艺，改善电火花沉积的效果有非常重要的效果。在本次实验中，使用电火花沉积技术在SUS304#基体金属试样表面沉积Co-40Mn涂层，采用控制变量法，研究了沉积时间，沉积电压，沉积频率和沉积功率对沉积效果的影响，选择沉积的最佳工艺。通过对增重与沉积时间，电压，频率和功率的关系曲线和沉积试样的显微组织还有SEM图像分析，发现了沉积的频率和功率对沉积层表面的粗糙度和致密性有较大影响，需要控制沉积的频率和功率对沉积层表面进行优化。沉积时间和电压对于沉积层厚度影响较大，采用适当的沉积时间和电压，对于避免沉积层和基体金属之间的气泡，裂纹，界限的产生，提高两者之间的冶金结合，有比较大的作用。关键词:高温涂层，表面合金化，沉积参数，稀土元素Abstract 目录
第一章 绪论 1
1.1金属腐蚀 1
1.2金属高温腐蚀 1
1.2.1铝化物涂层 2
1.2.2覆盖型合金涂层 2
1.2.3表面结构改性涂层 3
1.2.3陶瓷涂层 3
1.3金属表面合金化 4
1.3.1激光表面合金化 4
1.3.2高温离子注入合金化 4
1.3.3电子束表面合金化 5
1.3.4磁控溅射离子镀技术 5
1.3.5电火花沉积技术 6
1.4稀土元素 7
1.4.1稀土元素对金属表面合金化的作用 7
1.5实验研究背景和主要研究内容 8
第二章 实验设计 9
2.1实验设备及方法 9
2.1.1实验设备 9
2.1.2实验材料 10
2.2 Co40Mn涂层试样的制备 11
2.2.1表面预处理 11
2.2.2电火花表面沉积 11
2.2.3金相试样的制备 13
2.2.4试样相结构和形貌分析 13
第三章 实验结果分析 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 2.1实验设备及方法 9
2.1.1实验设备 9
2.1.2实验材料 10
2.2 Co40Mn涂层试样的制备 11
2.2.1表面预处理 11
2.2.2电火花表面沉积 11
2.2.3金相试样的制备 13
2.2.4试样相结构和形貌分析 13
第三章 实验结果分析 14
3.1电化学沉积中不同的沉积参数对沉积效果的影响 14
3.1.1沉积时间对沉积效果的影响 14
3.1.2沉积电压对沉积效果的影响 15
3.1.3沉积频率对沉积效果的影响 16
3.1.4沉积功率对沉积效果的影响 18
3.2沉积层表面和截面SEM图像分析 19
实验结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1金属腐蚀
随着社会的发展，金属的使用也越来越频繁，形态各异，性能多样的金属在我们的生活中发挥着重要的作用。但随着金属的广泛使用，由金属腐蚀带来的损失也越来越大。据统计，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值的4％。金属材料与环境中的介质发生化学，物理，电化学作用从而造成金属的损伤或变质的现象称为金属腐蚀。其主要原因是金属的热力学不稳定性。金属在不同的环境中发生的腐蚀也不尽相同。在大气，水，土壤和化学药品下的腐蚀称为湿蚀。高温氧化，氢腐蚀，硫腐蚀及液态金属腐蚀称为干蚀。真菌，藻类，细菌及硫化菌等对金属的腐蚀叫做微生物腐蚀。根据腐蚀的形态来分，金属的腐蚀主要分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀又叫均匀腐蚀，其腐蚀分布在整个金属表面。局部腐蚀又细分为点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，磨损腐蚀，应力腐蚀开裂，氢脆，丝状腐蚀，腐蚀疲劳等。金属的腐蚀会大大削弱金属的性能，使金属失效，造成金属的浪费。为了避免资源的浪费和降低损失，对金属的防腐研究势在必行。目前，金属的防腐主要从金属的本质，外保护层，改善环境和电化学保护四方面入手。而防止金属腐蚀最有效的方法就是隔离被保护金属与腐蚀性介质，即在金属表面覆盖各种保护层。主要方法有金属的氧化处理，磷化处理，金属保护层和非金属涂层。
1.2金属高温腐蚀
现代生活中，金属材料的使用面临着更加严苛的环境。其中，金属材料在高温环境下的腐蚀就是一个典型的例子。在航空，航天，能源，动力和石油化工等高科技和工业领域，金属材料的使用往往不可避免的与高温环境挂钩，像航空，航天发动机的涡轮叶片，冶金行业的大型燃烧锅炉等。金属在高温环境下会发生高温氧化和热腐蚀。氧化是高温腐蚀中最常见的一种形式，热力学研究表明，几乎所有的金属（除Pt，Au等）在大气环境中都有自发发生氧化的倾向。而温度 升高，金属的氧化速率会显著增大。此外，煤，油等燃料燃烧后的混合气氛中往往含有少量的硫和其他一些杂质，它们会沉积在被氧化的金属表面，形成熔盐，使原来金属表面的氧化膜破坏，加速基体金属的腐蚀。这种高温腐蚀破坏过程不同于一般的高温氧化，故称为热腐蚀。 所以，对于金属材料在高温环境下的腐蚀行为的防护技术研究逐渐得到了人们的重视。目前，金属高温腐蚀的防护主要靠下面几种涂层。
1.2.1铝化物涂层
铝化物涂层兴起于20世纪50年代，目前已得到广泛使用。这种涂层包括简单型铝化物涂层（渗铝涂层）和改性铝化物涂层两种。简单型铝化物涂层是在基体合金表面单渗铝的涂层，其具有良好的抗氧化效果，但抗热腐蚀效果不是很理想。改性铝化物涂层是在简单型铝化物涂层的基础上，向其中加入Cr,Si,Ti,Pt等元素，可以大大提高合金的抗热腐蚀性能。合金表面渗铝后，铝会与基体金属结合生成铝化物，在高温氧化中，这些铝化物会形成致密的Al2O3膜，有效的阻止了高温氧化的进行。在高温防护涂层的使用中，铝化物涂层的比重占到了90％。铝化物涂层作为使用最为广泛的高温防护涂层，其制作工艺成熟，方法多样。主要由热扩散获得。目前，其主流工艺主要有粉末包装渗铝法，气相渗铝法和浆料法三种。
1.2.2覆盖型合金涂层
虽然扩散性合金涂层具有优良的抗高温氧化和腐蚀的性能，但由于其存在与基体相互制约、涂层组织受扩散反应限制等缺点,为了提高涂层的综合性能，覆盖型合金涂层应运而生。20世纪80年代，出现的可以调节涂层成分且可以在更高温度下起到抗氧化效果的MCrAlY包覆涂层。是覆盖型合金涂层的典型代表[1]。这种涂层主要有β相和γ相组成，与合金间的扩散很弱。可以根据需要调整成分和结构，或加入更多合金元素。在覆盖涂层和基体之间存在扩散障碍，可以防止涂层和基体之间的互扩散引起的退化。在航空航天发动机中，这种涂层的使用可以大大提高涡轮叶片的抗高温热腐蚀能力和使用寿命。其制作工艺一般是用物理或化学沉积的方法。
1.2.3表面结构改性涂层
表面结构改性涂层仅仅改变合金表面的组织结构而不改变成分。可以显著提高金属的抗高温腐蚀性能。通过激光表面重熔，高能脉冲表面处理，表面喷丸或热处理等工艺在合金表面生成微晶层或纳米晶层，加速被氧化元素沿晶界向外短路扩散，在合金表面生成性能
第一章 绪论 1
1.1金属腐蚀 1
1.2金属高温腐蚀 1
1.2.1铝化物涂层 2
1.2.2覆盖型合金涂层 2
1.2.3表面结构改性涂层 3
1.2.3陶瓷涂层 3
1.3金属表面合金化 4
1.3.1激光表面合金化 4
1.3.2高温离子注入合金化 4
1.3.3电子束表面合金化 5
1.3.4磁控溅射离子镀技术 5
1.3.5电火花沉积技术 6
1.4稀土元素 7
1.4.1稀土元素对金属表面合金化的作用 7
1.5实验研究背景和主要研究内容 8
第二章 实验设计 9
2.1实验设备及方法 9
2.1.1实验设备 9
2.1.2实验材料 10
2.2 Co40Mn涂层试样的制备 11
2.2.1表面预处理 11
2.2.2电火花表面沉积 11
2.2.3金相试样的制备 13
2.2.4试样相结构和形貌分析 13
第三章 实验结果分析 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 2.1实验设备及方法 9
2.1.1实验设备 9
2.1.2实验材料 10
2.2 Co40Mn涂层试样的制备 11
2.2.1表面预处理 11
2.2.2电火花表面沉积 11
2.2.3金相试样的制备 13
2.2.4试样相结构和形貌分析 13
第三章 实验结果分析 14
3.1电化学沉积中不同的沉积参数对沉积效果的影响 14
3.1.1沉积时间对沉积效果的影响 14
3.1.2沉积电压对沉积效果的影响 15
3.1.3沉积频率对沉积效果的影响 16
3.1.4沉积功率对沉积效果的影响 18
3.2沉积层表面和截面SEM图像分析 19
实验结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1金属腐蚀
随着社会的发展，金属的使用也越来越频繁，形态各异，性能多样的金属在我们的生活中发挥着重要的作用。但随着金属的广泛使用，由金属腐蚀带来的损失也越来越大。据统计，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值的4％。金属材料与环境中的介质发生化学，物理，电化学作用从而造成金属的损伤或变质的现象称为金属腐蚀。其主要原因是金属的热力学不稳定性。金属在不同的环境中发生的腐蚀也不尽相同。在大气，水，土壤和化学药品下的腐蚀称为湿蚀。高温氧化，氢腐蚀，硫腐蚀及液态金属腐蚀称为干蚀。真菌，藻类，细菌及硫化菌等对金属的腐蚀叫做微生物腐蚀。根据腐蚀的形态来分，金属的腐蚀主要分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀又叫均匀腐蚀，其腐蚀分布在整个金属表面。局部腐蚀又细分为点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，磨损腐蚀，应力腐蚀开裂，氢脆，丝状腐蚀，腐蚀疲劳等。金属的腐蚀会大大削弱金属的性能，使金属失效，造成金属的浪费。为了避免资源的浪费和降低损失，对金属的防腐研究势在必行。目前，金属的防腐主要从金属的本质，外保护层，改善环境和电化学保护四方面入手。而防止金属腐蚀最有效的方法就是隔离被保护金属与腐蚀性介质，即在金属表面覆盖各种保护层。主要方法有金属的氧化处理，磷化处理，金属保护层和非金属涂层。
1.2金属高温腐蚀
现代生活中，金属材料的使用面临着更加严苛的环境。其中，金属材料在高温环境下的腐蚀就是一个典型的例子。在航空，航天，能源，动力和石油化工等高科技和工业领域，金属材料的使用往往不可避免的与高温环境挂钩，像航空，航天发动机的涡轮叶片，冶金行业的大型燃烧锅炉等。金属在高温环境下会发生高温氧化和热腐蚀。氧化是高温腐蚀中最常见的一种形式，热力学研究表明，几乎所有的金属（除Pt，Au等）在大气环境中都有自发发生氧化的倾向。而温度 升高，金属的氧化速率会显著增大。此外，煤，油等燃料燃烧后的混合气氛中往往含有少量的硫和其他一些杂质，它们会沉积在被氧化的金属表面，形成熔盐，使原来金属表面的氧化膜破坏，加速基体金属的腐蚀。这种高温腐蚀破坏过程不同于一般的高温氧化，故称为热腐蚀。 所以，对于金属材料在高温环境下的腐蚀行为的防护技术研究逐渐得到了人们的重视。目前，金属高温腐蚀的防护主要靠下面几种涂层。
1.2.1铝化物涂层
铝化物涂层兴起于20世纪50年代，目前已得到广泛使用。这种涂层包括简单型铝化物涂层（渗铝涂层）和改性铝化物涂层两种。简单型铝化物涂层是在基体合金表面单渗铝的涂层，其具有良好的抗氧化效果，但抗热腐蚀效果不是很理想。改性铝化物涂层是在简单型铝化物涂层的基础上，向其中加入Cr,Si,Ti,Pt等元素，可以大大提高合金的抗热腐蚀性能。合金表面渗铝后，铝会与基体金属结合生成铝化物，在高温氧化中，这些铝化物会形成致密的Al2O3膜，有效的阻止了高温氧化的进行。在高温防护涂层的使用中，铝化物涂层的比重占到了90％。铝化物涂层作为使用最为广泛的高温防护涂层，其制作工艺成熟，方法多样。主要由热扩散获得。目前，其主流工艺主要有粉末包装渗铝法，气相渗铝法和浆料法三种。
1.2.2覆盖型合金涂层
虽然扩散性合金涂层具有优良的抗高温氧化和腐蚀的性能，但由于其存在与基体相互制约、涂层组织受扩散反应限制等缺点,为了提高涂层的综合性能，覆盖型合金涂层应运而生。20世纪80年代，出现的可以调节涂层成分且可以在更高温度下起到抗氧化效果的MCrAlY包覆涂层。是覆盖型合金涂层的典型代表[1]。这种涂层主要有β相和γ相组成，与合金间的扩散很弱。可以根据需要调整成分和结构，或加入更多合金元素。在覆盖涂层和基体之间存在扩散障碍，可以防止涂层和基体之间的互扩散引起的退化。在航空航天发动机中，这种涂层的使用可以大大提高涡轮叶片的抗高温热腐蚀能力和使用寿命。其制作工艺一般是用物理或化学沉积的方法。
1.2.3表面结构改性涂层
表面结构改性涂层仅仅改变合金表面的组织结构而不改变成分。可以显著提高金属的抗高温腐蚀性能。通过激光表面重熔，高能脉冲表面处理，表面喷丸或热处理等工艺在合金表面生成微晶层或纳米晶层，加速被氧化元素沿晶界向外短路扩散，在合金表面生成性能
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/341.html
