金屬間化合物NiAl涂層的制備及耐腐蝕性

NiAl金屬間化合物具有高熔點(1638℃)、低密度(5.86g/cm3)、高楊氏模量(294GPa)、較高的熱導(dǎo)率(78W/mk)以及優(yōu)良的高溫抗氧化性能,因而是一種具有極大潛力的高溫涂層材料。NiAl基涂層可用于航空發(fā)動機渦輪葉片、導(dǎo)向葉片和鎳基合金的防護涂層。新型的NiAl基涂層具有耐磨、抗蝕和抗氧化等特性,可廣泛用于化工、石油、鋼鐵制造以及工業(yè)渦輪機、發(fā)動機回轉(zhuǎn)窯內(nèi)外表面以及各種高溫零件的表面防護。目前,NiAl涂層的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、自蔓延高溫合成、包埋擴散法和熱噴涂技術(shù)。其中,熱噴涂又主要包括電熱爆炸噴涂、HVOF超音速火焰噴涂和大氣(真空)等離子噴涂等。由于NiAl金屬間化合物存在室溫塑性和韌性差的問題,也給用熱噴涂方法制備NiAl金屬間化合物涂層帶來了困難,當(dāng)熱噴涂火焰剛剛移走而冷卻到室溫時,涂層脆裂脫落,難以獲得完整的具有一定厚度的涂層。在相同工藝條件下,不加稀土CeO2和Cr的NiAl粉末所形成的NiAl涂層只有10μm左右,沉積效率低且涂層中存在大量的脆性裂紋;而加入稀土CeO2和Cr的粉末可以形成200μm厚的致密均勻涂層,并提高了涂層的力學(xué)性能??梢姡瑹釃娡糠勰┨匦詫iAl涂層的沉積效率和涂層組織結(jié)構(gòu)及性能有很大的影響。目前,熱噴涂NiAl粉末用得較多的是鎳包鋁或鋁包鎳粉末(通過噴涂反應(yīng)生成NiAl涂層)或通過霧化法制備的合金化粉末。鑒于此,本文擬采用自蔓延高溫合成法制備適合大氣等離子噴涂用的NiAl粉末,以該粉末為喂料,在45鋼基體上制備NiAl涂層,考察涂層的高溫氧化行為和耐腐蝕性,以期為NiAl金屬間化合物涂層的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

采用Ni粉(粒度74μm,純度99.8wt%)、Al粉(粒度38μm,純度99.98wt%)為原料,按照原子比為1∶1均勻混料后自蔓延高溫合成NiAl金屬間化合物,破碎后過篩得到粒度為38~104μm的噴涂粉末?;w材料為45鋼,除油、除銹、噴砂和超聲波洗凈及干燥后備用,表面粗糙度Ra為7.5μm。采用APS-2000型大氣等離子噴涂設(shè)備在45鋼表面制備NiAl涂層,涂層厚度為180~200μm。將NiAl涂層和45鋼試樣在800℃進行氧化試驗。將樣品放入高純氧化鋁坩堝中,每氧化24h后,從箱式電阻爐中取出樣品,自然冷卻后采用分析天平(感應(yīng)量10-4g)稱其質(zhì)量,隨后又放入爐中繼續(xù)氧化,樣品在爐中氧化的累計時間為168h。NiAl涂層和45鋼的耐鹽腐蝕試驗在室溫下采用全浸法進行,腐蝕環(huán)境為4wt%NaCl(質(zhì)量分數(shù))溶液。每腐蝕1天后,樣品取出用蒸餾水洗去樣品上的鹽,干燥后采用分析天平(感應(yīng)量10-4g)稱其質(zhì)量,隨后又放入新配的腐蝕溶液中繼續(xù)進行,試樣在溶液中累計腐蝕42天。

自蔓延高溫合成制備的NiAl粉末主要由NiAl和少量Al3Ni相組成。燃燒產(chǎn)物NiAl坯體易破碎,粉末的流動性較好,沉積效率較高,適合等離子噴涂用。制備的NiAl涂層致密且與45鋼基體結(jié)合良好。NiAl涂層試樣800℃氧化168h質(zhì)量損失13.8mg/cm2,約為45鋼的1/10,提高了基體的高溫抗氧化性能,歸因于高溫氧化過程中涂層表面變成了一層薄薄的Al2O3保護膜阻止了氧向基體擴散。45鋼在鹽溶液腐蝕42天質(zhì)量損失5.34mg/cm2,NiAl涂層質(zhì)量損失1.23mg/cm2,可見NiAl涂層改善了45鋼的抗鹽腐蝕性能。

耐磨鋼板 | 耐磨鋼板廠家 | 耐磨鋼板現(xiàn)貨——法鋼特種鋼材(上海)有限公司
法鋼主要經(jīng)營:JFE耐磨鋼板,JFE高強鋼板DILLIDUR耐磨鋼板,DILLIMAX 高強鋼板