掺杂铝元素的多元共渗复合处理工艺及其防腐蚀性能的研究

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本文探索出一种新型的掺杂铝元素的多元共渗复合工艺,大幅度提高了Q235钢的抗腐蚀性能。本文对比了Q235钢原材、多元共渗处理样品及掺杂铝元素的多元共渗复合处理样品的显微组织、物相结构,测试了样品的抗盐雾腐蚀性能及极化曲线,测定了其力学性能:显微硬度、抗拉强度、冲击韧性、耐磨性能及疲劳强度。通过理论分析及结合实验结果,发现扩散时间、温度及多元工艺均对复合处理后样品的抗腐蚀性能有所影响。最佳复合处理工艺为:扩散渗铝工艺:750℃×1h,多元工艺:650℃×2 h+550℃×0.5 h。试验结果表明:Q235钢多元共渗处理后,其渗层厚度为84.86μm;XRD分析显示,样品表面由铁氧化合物(Fe3O4和Fe2O3)和铁氮化合物(Fe3N和Fe4N)组成;其抗盐雾腐蚀性能192小时达到9级,是原材的200倍以上;极化曲线上看,多元处理样品出现明显的从活化区到过渡区的转变,但钝化区并不明显;力学性能上看,其显微硬度次表层最高,可达689.3 HV50,约是基体的4倍,耐磨性能大幅度提高,冲击吸收功为19.55 J,约降到原材的三分之一,抗拉强度为520.94 MPa,提高到原材的1.37倍,疲劳极限为385 MPa,较原材的略有提高。Q235钢复合处理后,样品表面铝元素含量增加至0.44%;其渗层厚度为94.23μm;XRD分析显示,复合处理后样品表面由铁氧化合物(Fe3O4和Fe2O3)和铁氮化合物(Fe3N)及铝氧化合物(Al2O3)组成;其抗盐雾腐蚀性能480小时达9级,较多元处理样品抗腐蚀性提高2.5倍,较原材提高500倍以上;复合处理样品极化曲线出现两个极化峰,第一个极化峰出现是因为表面氧化层的存在,第二个极化峰出现后,腐蚀进入钝化区及过钝化区,腐蚀速率大幅度减小;力学性能上看,其显微硬度次表层最高,可达540.2 HV50,约是基体的2.5倍,耐磨性能大幅度提高,冲击吸收功为46.35 J,为原材的0.78倍,抗拉强度为513.3 MPa,提高到原材的1.35倍,疲劳极限为360 MPa,较原材略有提高。综上,Q235钢经复合处理后,具有高的抗腐蚀性能,并且具有高的硬度、抗拉强度、疲劳强度及良好的韧性,能在高防腐行业(如化工、航海等)得到广泛应用。
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