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Fe-Cr-Mn-Ni合金钢高温防护涂层制备与性能研究; Study on Preparation and Performance of Protective Coating for Fe-Cr-Mn-Ni Alloy Steel at Elevated Temperature
单欣
学位类型硕士
导师叶树峰
2015-03
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业环境工程
关键词Fe-cr-mn-ni合金钢 涂层 抗热腐蚀 抗热震 玻璃陶瓷
其他摘要Fe-Cr-Mn-Ni合金钢是常用的合金材料,在工业生产和制造业中广泛应用。然而,受热腐蚀极大地缩短了其热状态下的使用寿命,不仅造成了极大的资源浪费,还可能存在严重的安全隐患。 涂层防护技术是提高Fe-Cr-Mn-Ni合金钢抗热腐蚀性能便捷有效的方法。开发成本低、工艺简单、效果稳定的防护涂层已经成为Fe-Cr-Mn-Ni合金钢高温防护亟待解决的问题。 本文在研究Fe-Cr-Mn-Ni合金钢受热腐蚀行为的基础上,采用料浆法在Fe-Cr-Mn-Ni合金钢基体上制备了两种无机涂层S-01和S-02,讨论了温度、保温时间对涂层性能的影响,借助金相显微镜、扫描电镜配合能谱分析仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱等对涂层的抗热腐蚀性能和抗热震性能进行表征。主要研究结果如下: 通过热力学计算和氧化动力学分析,探究了Fe-Cr-Mn-Ni合金钢受热腐蚀行为,氧化产物生成顺序依次为Cr2O3、SiO2、Fe3O4、Fe2O3、FeO以及MnO和NiO,得到Fe-Cr-Mn-Ni合金钢试样在空气气氛下的表观氧化动力学速率常数(1100°C)为k为5.359×10-21 kg2?m-4?s-1。 提出了Fe-Cr-Mn-Ni合金钢耐久防护涂层的设计方案。从加热制度、合金钢成分、膨胀系数和润湿性的角度评判涂层的设计依据,通过大量实验探索和研究,确定了针对Fe-Cr-Mn-Ni合金钢用的两种耐久性涂层体系——CaO-SiO2-Al2O3-CoO系涂层S-01和BaO-SiO2-B2O3-Cr2O3系涂层S-02。 考察了Fe-Cr-Mn-Ni合金钢表面涂层的性能。制备的涂层S-01和S-02和基体结合紧密,抗热震性能优良,高温-空冷下的热循环,涂层可达到最大60次的抗热震次数;在高温-水淬条件下的热循环测试中,涂层可达到最多15次抗热震次数。两种涂层都极大地减少了合金钢的腐蚀烧损,在1100°C保温540min仍然分别可以有效减少热腐蚀增重50%和75%。 探讨了高温防护涂层的作用机理。分析了涂层S-01的防护作用机理,涂层和基体间形成了过渡层铁橄榄石,增加了涂层和基体之间的结合强度,提高了涂层的抗热震性能,熔融铺展形成的保护膜阻止了氧元素的向内扩散;分析了涂层S-02的防护机理,ZnO参与高温下氧化反应,生成(Zn,Mn,Fe)(Mn,Fe)2O4尖晶石,减缓了离子在该层中的扩散速率;涂层和基体之间形成了一层Cr富集层,这层Cr富集层呈锚状分布与基体形成“嵌锁”结构,增强了涂层和基体之间的结合强度,同时又减缓了热腐蚀烧损。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20295
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
单欣. Fe-Cr-Mn-Ni合金钢高温防护涂层制备与性能研究, Study on Preparation and Performance of Protective Coating for Fe-Cr-Mn-Ni Alloy Steel at Elevated Temperature[D]. 中国科学院研究生院,2015.
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