碳钢热喷涂渗铝互扩散系数计算

摘要

随着现代工业的发展，材料的防护问题逐渐受到关注。在工作中保护材料，延长材料的使用寿命，目前，最有效的方法就是在材料表面使用涂层。而电弧喷涂方法是制备涂层方法中最优秀的方法之一。与其它方法相比，它具有很多优良的特性，例如成本低、效率高、安全性好等。现在，越来越多地人采用电弧喷涂的方法在材料表面喷涂铝涂层，以达到很好的防护效果。铝涂层所具有的独特的防护特点已经被广泛接受。铝涂层所形成的氧化铝薄膜能够很好的防止高温氧化腐蚀，有效的阻止了氧化腐蚀的进一步深入，大大提高了材料的使用寿命。 铝的扩散深度决定了涂层对材料保护能力的大小以及涂层的使用寿命。如果扩散深度越深，则涂层的保护能力越强，使用寿命越长。铝原子在基体中扩散深度的大小由扩散系数来决定，因此扩散系数的研究工作是十分重要。 本课题着重对铁铝之间的互扩散系数进行研究，采用电弧喷涂Al工艺在Q235-A钢基体上制备Al涂层，利用扫描电子显微镜(SEM)、x射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等现代分析手段研究了电弧喷涂Fe-Al涂层的微观结构，探讨了涂层中Fe-Al金属间化合物形成的机理，研究了在一定温度下的扩散机理。 通过对其渗层中铝浓度分布曲线的分析，基于一定的假设，采用有限元差分法分别计算了800℃，900℃的渗层中的Fe-Al互扩散系数。结果表明：800℃时互扩散系数是随着铝浓度的增加而增大的，其数量级变化范围为10<'-12>～10<'-11>。而900℃时互扩散系数的数量级变化范围为10<'-11>～10<'-10>。在相同铝浓度的情况下，900℃时的互扩散系数要比800℃时的互扩散系数大1个数量级。这也说明了浓度和温度对互扩散系数有较大的影响。为Fe-Al金属间化合物涂层的生产应用提供了一定的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究碳钢渗铝的意义及其在现实中的应用

1.2渗铝方法的选择

1.2.1渗铝方法

1.2.2电弧喷涂渗铝

1.3电弧喷涂涂层形成原理

1.4论文研究的目的、意义及方法

2实验材料、设备及过程

2.1实验材料

2.2实验设备

2.2.1电弧喷涂设备

2.2.2实验所用其它设备

2.2.3实验设备的连接

2.3电弧喷涂设备工艺参数

2.3.1电弧电压

2.3.2工作电流

2.3.3雾化空气压力

2.3.4喷涂距离

2.3.5设备工艺参数的确定

2.4实验过程

2.4.1试件表面的预处理

2.4.2试件表面涂层的制备

2.4.3试件的切割

2.4.4试件加热扩散处理

3实验结果及数据分析

3.1 800℃温度下的实验数据

3.2 900℃温度下的实验数据

3.3 1000℃温度下的实验数据

3.4实验数据分析

3.4.1同一温度下的不同涂层厚度对渗层深度的影响

3.4.2不同温度下的渗层深度与涂层厚度曲线的转折点的研究

3.4.3不同保温时间对渗层厚度的影响

3.4.4选定建模计算需要的工艺参数

3.5表面形貌及金相组织分析

3.5.1未经热处理试样渗层表面形貌分析

3.5.2热处理试样扫描电子显微镜观测照片

3.3.2渗层相组织结构分析

3.3.3渗层组织对建模计算的影响

4有限元方法计算FeAl相互扩散系数

4.1扩散现象简介

4.2研究扩散系数的方法

4.3模型的建立

4.3.1理论依据和假设

4.3.2模型的建立

4.3.3模型的数值化过程

4.3.4 MATLAB软件简介

4.4试验结果和讨论

4.4.1 EPMA分析

4.4.2计算参数的确定

4.4.3计算结果

4.3.5计算结果初步验证

4.3.6扩散理论分析

5结论

参考文献

在学研究成果

致 谢