论文部分内容阅读
针对单一氧化物涂层与基体热膨胀系数差别过大的问题,本文开展了以316不锈钢为基体,通过双层辉光渗离子技术分别进行Ci-Si、Al-Cr以及Al-Cr-Si共渗,然后等离子氧化处理的研究。涂层的组织结构采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）进行表征,其耐腐蚀性能、结合性能和抗热震性能利用电化学工作站、划痕仪、热震试验进行分析表征。首先,利用双层辉光等离子渗的方法进行铬硅共渗,制备出致密,与基体结合紧密的合金涂层。对Cr-Si涂层进行等离子氧化,得到了连续致密的氧化膜。随着氧流量的变化,涂层的截面形貌变化不大。由XRD分析可知,涂层氧化物主要为Cr2O3和很少量的SiO2。Si元素的加入能够增加Cr2O3保护膜的致密度,且制备的Ci-Si氧化物涂层与基体的结合性能良好。其中氧流量为10 sccm时制备的涂层最佳。其结合力为41N;涂层抗热震性能良好,在550℃进行150次抗热震实验后无任何剥落;氧化涂层的耐蚀性能得到明显提高。其次,在316L不锈钢基体上制备铝铬合金涂层,涂层与基体结合面处形成了冶金结合,内部发现纳米晶组织。在不同氧流量下,对Al-Cr涂层进行等离子氧化,涂层表面均匀致密。但是氧流量过大会导致涂层表面粗糙度增大,表层出现白色氧化铬颗粒。经测试分析可知,涂层氧化物为α-Al2O3和Cr2O3的固溶体,涂层为非晶/纳米晶复合结构。主要以α-Al2O3为主,但是随氧流量的增加,Cr2O3逐渐增加。氧流量为10 sccm时,涂层的性能最佳。通过划痕实验测得其结合力为52N;在550℃进行150次抗热震实验后无任何剥落;此外涂层也表现出优良的耐蚀性能。再次,利用双层辉光离子渗金属技术在316L不锈钢表面制备Al-Cr-Si涂层,涂层与基体结合紧密,没有孔隙及裂纹,其平均厚度为5μm。由XRD分析可知,氧化后的涂层主要含有Al2O3。此外,在涂层外层富铝区,Al2O3和少量Fe、Cr的氧化物反应生成了尖晶石型复合氧化物Fe（AlCr）2O4。随着氧流量的增加,涂层的厚度也相应增加,但超过一定氧流量（15 sccm）时,涂层缺陷明显增多,导致涂层脆性大,易开裂剥落。最后,Al-Cr氧化物涂层的性能最为优越。氧化膜的成分是影响涂层性能的决定性因素。Al-Cr氧化涂层中的主要成分是α-（Al,Cr）2O3固溶体相,且以α-Al2O3为主。α-Al2O3是高温稳定相,具有优异的高温稳定性、化学稳定性和低导热性。Cr的加入促进了α-Al2O3相的形成。而Cr-Si氧化涂层中的主要成分是Cr2O3,Si的加入只是提高了涂层的致密度,保证了Cr2O3薄膜的完整;Al-Cr-Si氧化涂层中的成分复杂,含有尖晶石型复合氧化物Fe（AlCr）2O4和Al2O3。