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《西安理工大学》 2006年
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钢热浸镀铝层的组织结构和稀土镧的行为研究

张伟  
【摘要】: 利用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜、电子探针和X射线衍射仪等系统地研究了镀铝钢扩散前后的组织结构及稀土的影响。根据试验结果考察了20钢镀铝扩散层的生长动力学,给出了动力学方程,建立了扩散过程中合金层/基体界面层生长的数学模型,研究了扩散层空洞的形态、分布、形成机制和生长动力学,确定了Fe_3Al和AlFe3C0.5之间的晶体学取向关系、Al_4C_3相的晶体学特征和镀铝钢的最佳扩散工艺,讨论了稀土La在扩散过程中的作用和对性能的影响。 试验发现:镀铝层的表面层由铝、FeAl_3相和一定量的非晶相组成。添加稀土La后,镀层表面平整、连续,合金层的齿状Fe_2Al_5相整齐、连续、致密,齿形尖细。无论是否添加稀土La,热浸镀铝的铝-铁合金液在急冷过程中都具有非晶形成能力,但添加稀土La后,非晶形成能力增加,即使在缓慢冷却条件下,组织中也有非晶相形成。 研究发现,扩散层的Fe_2Al_5相和FeAl2相存在调幅分解,并且从扩散层表面向内部,调幅组织从平行直线状向平行交叉条纹状再到网格状过渡。采用点阵驻波理论分析了调幅波长的变化,揭示了调幅组织的形成经过从连续相变到非连续相变的过程。利用15%rule,分析了调幅组织的形成原因。研究表明,扩散层的Al_4C_3相是以(003)为孪晶面,以[001]为旋转轴的180o二次旋转孪晶。它的长轴生长方向为[210],且(003)面平行于杆的长轴,[001]方向垂直于杆的长轴。扩散层有AlFe3C0.5和Al7Fe6La化合物形成。Fe_3Al和AlFe_3C0.5相之间存在如下的晶体学取向关系: 试验表明,扩散层生长动力学为抛物线型,且稀土对动力学各阶段都有影响。在750℃和850℃时稀土作用明显,950℃时作用较弱。Al_2O_3/扩散层界面空洞的生长受氧化过程控制,且遵循近似的抛物线规律;空洞深度与直径间存在线性关系,空洞数量先增加后减少。次外层/过渡层界面空洞的形成原因是铝和铁扩散速度的差异引起的,其生长划分为快速和稳定生长两阶段;界面空洞的形成使扩散层产生了内氧化,并使氧化动力学曲线偏离平方抛物线规律而呈现抛物线—直线规律。试验证明,稀土可抑制次外层/过渡层界面空洞的生长和聚集,阻止空洞聚集成线状裂纹,其原因是热浸镀稀土铝后表面层减薄,高温下降低了次外层/过渡层界面铝的浓度梯度。镀铝钢的最佳扩散工艺为900℃×2h。研究了热浸镀稀土铝钢在H_2S和CO_2腐蚀环境中的腐蚀行为,得出稀土可提高镀铝钢的抗腐蚀性能。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG174.443

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