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电弧喷涂铝青铜抗高温氧化研究

张楠楠  
【摘要】:电弧喷涂铝青铜工艺简单,铝青铜丝材价格优势明显,应用已经相当广泛。但是真正用于高温氧化,还缺少足够的试验数据作为可行性的依据,且其形成保护机理未得到深入研究。 本文在普通低碳钢Q235基体上喷涂铝青铜丝材,采用连续氧化和循环氧化两种方法研究涂层的抗高温氧化性能。利用Cahn2000热天平进行700℃、800℃、900℃连续氧化试验,并绘制氧化动力学曲线,分析发现900℃时铝青铜涂层易形成较好的保护性氧化物。绘制氧化动力学曲线时涉及涂层表面面积的换算,利用粗糙度测量方法,拟合了喷涂状态表面轮廓曲线,计算出粗糙表面与光滑表面的对应比率约为2.31。此后,通过900℃24小时循环氧化,比较了粗糙表面与光滑表面涂层氧化动力学曲线差异。 借助于EDAX公司的能谱分析设备及电子探针研究了加热氧化前后涂层界面及氧化物的成分分布。发现铝青铜涂层外部有氧化铝膜覆盖表面,涂层中的氧化铝颗粒起到封闭空隙阻碍氧气进一步进入的作用,并且铝元素在加热过程中向界面及基体中扩散,形成连续的氧化物保护基体。为了补充涂层中消耗掉的铝元素,以延长抗氧化寿命,采用了喷涂铝青铜/铝复合涂层的方法。对不同时段的SEM及EDS照片进行了分析,发现900℃循环氧化54小时后在涂层与基体的界面处依然存在连续的氧化铝带,具有非常好的抗高温氧化效果。 针对加热过程中出现的空洞形成机制予以分析,并推导出氧化空位流的计算公式。对于铝在铜中的扩散系数进行了初步研究,建立了数学模型作为理论推导。通过力学性能试验证明了涂层结合强度较好,符合工况要求,适用于高温氧化实际环境。


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