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表面处理对不锈钢抗高温氧化性能的影响

王晓婕  
【摘要】:304不锈钢被广泛应用于普通化工设备、核能等领域,是用于制造具有抗腐蚀要求设备、构件的重要金属材料。在实际环境中,高温氧化不仅缩短了不锈钢的使用寿命,还缩小了它的应用范围,因此在不锈钢表面制备抗高温氧化的涂层具有非常重要的意义。本论文采用电沉积-热解法在304不锈钢表面制备了单一与复合的薄膜,在900℃下进行100h的高温循环氧化实验,通过氧化动力学分析、SEM、AFM和XRD结果得出如下结论:(1)电沉积-热解制备的单一薄膜均明显提高了304不锈钢的抗高温氧化性能,当沉积电压为25V、电沉积溶液浓度为0.10mol/L时制备的单一Cr_2O_3和Al_2O_3薄膜抗高温氧化性能较好,试样表面都生成了具有保护作用的Cr_2O_3薄膜;当沉积电压为25V、电沉积溶液浓度为0.03mol/L时制备的单一Ce_2O_3薄膜抗高温氧化性能较好,生成了具有保护作用的Cr_(1.3)Fe_(0.7)O_3薄膜。(2)电沉积-热解制备的复合薄膜均显著提高了304不锈钢的抗高温氧化性能,Cr(NO_3)_3和Al(NO_3)_3酒精溶液摩尔浓度比为2:1时在电沉积参数25V、60s下制备的Cr_2O_3-Al_2O_3薄膜,高温氧化后氧化增重和氧化膜剥落量分别是未沉积试样的23.6%和10.4%。(3)Cr_2O_3-Al_2O_3、Cr_2O_3-Ce_2O_3、Al_2O_3-Ce_2O_3三种复合薄膜的氧化增重量和氧化膜剥落量均明显优异于未沉积试样和单一溶液制备的,Cr_2O_3-Al_2O_3薄膜表面生成了保护性的Cr_(1.3)Fe_(0.7)O_3和NiCr_2O_4氧化层,抗高温氧化性能最佳,电沉积的Cr_2O_3-Al_2O_3氧化膜中,Cr_2O_3属于金属不足型氧化物,环境氧分压的变化对生成金属不足型氧化膜的氧化动力学影响较大,而Al_2O_3的蒸气压低于Cr_2O_3的,减轻了挥发;Cr_2O_3-Ce_2O_3和Al_2O_3-Ce_2O_3薄膜中Ce只是会降低Al_2O_3和Cr_2O_3的临界铝或者铬的含量,促进氧化膜生长。


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