论文部分内容阅读
电弧喷涂技术制备的涂层质地比较疏松,表面存在孔隙和空洞,并伴有氧化物夹杂,这些缺陷在服役中会引起涂层过早破坏失效,需要采用后处理手段加以克服。本文使用SOLO-M型和HOPE-I型强流脉冲电子束设备对电弧喷涂FeCrAl、FeCrNi涂层进行表面改性处理,通过OM、SEM、XRD、XRF、EPMA等手段表征处理前后试样的微观组织结构,并对处理前后的表面分别进行显微硬度、耐磨性以及耐蚀性能测试与分析,讨论强流脉冲电子束处理参数对涂层表面改性效果的影响,获得以下结果:使用长脉宽和高能量密度电子束处理FeCrAl涂层,表面孔隙和空洞明显减少,局部致密平整,表面形成半球形凸起结构,成分为Fe-Cr柱状晶。XRD分析表明,电子束处理后涂层中Fe203相消失,致密相α-A1203明显增加,EPMA结果显示氧化铝主要富集在涂层表层。对Fe-Cr柱状晶半球形结构的形成机理进行解释,认为强流脉冲电子束轰击引起涂层表面熔化,表面熔层在液固界面能最小化作用驱动下收缩成半球形形貌,在随后的快速凝固过程中柱晶生长迅速,柱晶端部的高梯度及狭窄液固共存区抑制其侧向分枝的产生和发展。测试结果表明,强流脉冲电子束处理后的FeCrAl涂层在高温盐腐蚀实验中表现出良好的耐腐蚀性,经脉宽50μs处理的FeCrAl涂层耐电化学腐蚀性能(3.5%NaCl水溶液)得到明显提高。分析表明,强流脉冲电子束处理的剥落效应、Fe-Cr柱晶生长过程中的排质作用,使涂层中Fe203相消失;同时表面局部光滑平整区的出现、孔洞和裂纹的减少,以及表面成分的均匀化使处理后涂层的耐腐蚀性得到明显改善。使用短脉宽强流脉冲电子束处理FeCrNi涂层,改性表面致密平整,局部有喷发后的火山坑存在。随脉冲处理次数的增加,表面改性层中铁素体含量增加,奥氏体含量减少,处理10-20次脉冲后两相比例接近1:1。两相比例相近的改性组织可以有效阻碍微裂纹的扩展,相界面增加制约了处理时晶粒的长大,涂层材料表现出双相不锈钢的某些优点。测试结果显示,强流脉冲电子束处理FeCrNi涂层的表面显微硬度提高,磨损性能和耐蚀性均得到改善。分析表明,涂层致密性和平整度的提高,表面相成分的改善,以及元素分布差异等因素影响,对涂层性能的提高起到重要作用。