（材料物理与化学专业论文）不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究.pdf

如- 壹 ， ， 、 、 v n a n j i n gu n i v e r s 埘o f a e r o n a u t i c sa n d a s 住o n a u t i c s t h e ( h a d u a t es c h o o l c o l l e g eo fm a t e r i a ls c i e n c ea n dt e c l l i l 0 1 0 9 y tjjj1 n 1 l n v e s t l g a t l o n0 nl 0 r r 0 s 1 0 nb e n a v l 0 u r sa n c i e r o s i o n c o r r o s i o nb e h a v i o u r so fm e t a l s i l i c i d en l mf o r m e do ns t a i n l e s ss t e e l a t h e s i si n m a t 嘶a lp r o c e s s i n ge n g i n e e n n g b y z h o uc h e n g h o u a d v i s e d b y p r o x u j i a n g s u b n l i t t e di np a l - t i a lf u l f i l l l e n t o ft h er e q v i r e m e n t s f o rt h ed e 伊e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m a r c h ，2 0 1 0 a 妒 。 一 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：闺茂候 日 期：兰坐：主垄 & r - - 卜 4 i 南京航空航天大学硕j 辱位论文 摘要 本文采用双阴极等离子溅射沉积技术分别在预合金化c r 不锈钢表面制备了纳米晶 ( m o x c r l x ) 5 s i 3 ( x = 1 0 0 ，0 8 2 ，o 7 5 ，o 6 5 ，0 5 6 ) 涂层以及在不锈钢表面制备了( c r ，f e ) 3 s 此f e 5 s i 2 双 相涂层。采用x 射线衍射、扫描电镜和透射电镜分析方法对涂层的显微形貌、相组成进行了综 合分析，结果表明：预合金化c r 不锈钢表面制备的纳米晶( m o 。c r l x ) 5 s i 3 ( x = 1 o o ， 0 8 2 ，0 7 5 ，0 6 5 ，o 5 6 ) 涂层组织均匀、连续、致密，平均晶粒尺寸大约为4 0 n m 。涂层明显分为沉积 层和c r 合金层两层，外层沉积层的相组成为单相( m o x c r l x ) 5 s i 3 ；( c r ，f e ) 3 s 们r 1 3 f e 5 s i 2 双相涂层由 均匀致密的平均厚度为1 2 胛的沉积层和内层为平均厚度为1 5 脚的扩散层组成。涂层沉积层由 ( c r ，f e ) 3 s i 相和c r l 3 f e 5 s i 2 相组成。 采用电化学测试系统对纳米晶( m o 。c r l 。) 5 s i 3 ( x - 1 0 0 ，0 8 2 ，o 7 5 ，o 6 5 ，o 5 6 ) 涂层的在3 5 n a c l 溶液中极化曲线及交流阻抗( e i s ) 进行了测试，在3 5 n a c l 溶液中，纳米晶( m 0 x c r l - x ) 5 s i 3 ( x = 1 o o ， 0 8 2 ，0 7 5 ，o 6 5 ，0 5 6 ) 涂层比3 1 6 l 不锈钢具有更高的点蚀电位和更宽的钝化区间。同时，纳米晶 ( m o ；c r l x ) 5 s i 3 ( x 1 o o ，o 8 2 ，o 7 5 ，0 6 5 ，0 5 6 ) 涂层的自腐蚀电位e 。m 电荷转移电阻心。随着涂层中c r 含量的增加而增大，维钝电流密度i d 随着涂层中c r 含量的增加而减小。纳米晶 ( m o x c r l x ) 5 s i 3 ( x - 1 0 0 ，0 8 2 ，o 7 5 ，o 6 5 ，0 5 6 ) 涂层耐腐蚀性能随着涂层中c r 含量的增加而增强。 利用电化学测试系统研究了( c r ，f e ) 3 s 沈f e 5 s i 2 双相涂层在静态( 3 5 n a c l ) 及不同线速 度( 2 5l 以、2 9 8i i l s 和3 4 5m s ) 料浆流( 3 5 叭n a c l + l o 叭石英砂) 条件下的极化曲线，对经过 2 0 h 浸泡( 3 5 n a c l ) 、2 0 h 的单相流( 3 5 n a c l ) 和料浆流( 3 5 叭n a c l + l o 叭石英砂) 冲蚀试验后 的阻抗谱( e i s ) 进行了测定，结果表明：静态条件下，( c f ，f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2 双相涂层与单一合金 层的耐蚀性能相当，但明显优于3 1 6 l 不锈钢。在单相流和料浆流条件下，( c r f e ) 3 s 比f e 5 s i 2 双相涂层拥有比单一合金层和3 1 6 l 不锈钢更加优异的耐腐蚀性能。 关键词：金属硅化物，纳米晶，冲刷腐蚀，极化曲线，交流阻抗 不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究 a b s t r a c t h lt l l i sp 印e r ，b a s e d0 l ld o u b l e - c a 也o d e9 1 0 wd i s c h a 增et e c l l i l i q u e ，as 耐e so fn 锄o c r y s t a l l i n e ( m o x c r l x ) 5 s i 3 ( x - 1 肿，o 8 2 ，o 7 5 ，0 6 5 ，0 5 6 ) f i l i l l s 嬲da ( c r ，f e ) 3 s 汜r 1 3 f e 5 s i 2c o n 印s i t ef i l m h a v e b e e np r 印a r e d0 nc r - a l l o y e da i s i31 6 ls t a i l l l e s ss t e e l 锄da i s i31 6 ls t a m l e s ss t e e l ，r e s p e c t i v e l y 1 ki i l i c r o s t m c t u r ca i l dp h r a s e sc o h l p o n e 鹏o fm en a l l o c r y s t a l l i n e ( m o x c h ) 5 s i 3( x - 1 0 0 ， 0 8 2 ，o 7 5 ，0 6 5 ，o 5 6 ) f i l i i l sa 1 1 d l e ( c r ，f e ) 3 s 比r 1 3 f e 5 s i 2c o m p o s i t ef i l mw e r ea i l a l y z e d b ym e 觚so f s c 锄i n ge l e c 们ni i l i c r o s c 叩y ( s e m ) e q u i p p e dw i t h 锄e n e r g yd i s p e r s i v es p e c 仃o s c 叩e ( e d s ) ，x - m ) 7 d i 们晒c t i o n ( x i ) ， t r a n s m i s s i o ne l e c 缸0 n i i l i c r o s c 叩e ( t e m ) ：( 1 ) 1 h e r e s u l t si l l d i c a t em a tm e n a i l o c r y s t a l l i n e ( m o x c f l x ) 5 s i 3 ( x _ 1 舢，0 8 2 ，o 7 5 ，o 6 5 ，o 5 6 ) f i l 傩c o n s i s to fs i i l g l e ( m o x c r l x ) 5 s i 3 p h a s ew i t ht h ea v e r a g eg r a i l ls i z e 批u t4 0 衄t h e 弱一d e p o s i t e di l a i l o c r y s t a l l i n e ( m o x c r 小s i 3 ( x _ 1 0 0 ，o 8 2 ，o 7 5 ，o 6 5 ，o 5 6 ) f i l l l l sf o r m e d0 nc ra l l o y e d3 1 6 ls t a i l l l e s ss t e e la r e 吼i f o n i i ，c o m p a c t a i l dt i g h t l yb o n d e dw i mt h ec ra l l o y e d3 1 6 ls t a i n l e s ss t e e l ( 2 ) ( c r ，f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2c o m p o s i l em m m a i n l yc o n t a i n s ( f e ，c r ) 3 s ip h a s e 锄dc r l 3 f e 5 s i 2p h 弱e ，t l l ef i l mi sw e l lc o 肌e c t e dw i t i l 1 es u b s t r a 把 锄dc 彻妇i i l s 俩ol a y e r m ed e p o s i t i o nl a y e ra b o u t1 2 p m 锄dm ed i f h s i o nl a y e rd b o u t1 5 p m t l l ec o 玎o s i o nr e s i s t 孤c eo f 龇n 锄0 c r y s t a l l i l l e ( m o 。c r l x ) 5 s i 3 ( x - 1 o o ，o 8 2 ，0 7 5 ，0 6 5 ，o 5 6 ) f i l l l l s w e r e a n a l y z e db yp o l 撕z a t i o nc u r v e ， e l e c 仃o c h e m i c a l i i n p e d 乏m c es p e c 打o s c o p y( e l s ) t h e n a n o c r y s t a l l i n e ( m o x c r l x ) 5 s i 3f i l i l l sh a v em u c hb e n e rc o 盯0 s i o np r o p e r t i e st l l 锄3 1 6 ls s ，w h i c hi s c h a r a c t 甜z e db yn l e i rm u c hh i 曲e rb r e a k d o w l lp o t e r l t i a l ( e b ) 锄dl 硼c hw i d e rp 弱s i v er 锄g e t h e p 弱s i v ec l l 玎e n td e i l s n y ( 拓) o fm n o c 叮s t a i l i n e ( m o x c r l x ) 5 s i 3f i l m sd e c r e 蕊ew i t l li l l c r e 雒i n gm ec r c o n c e n 伽i o na n dt l l ee c 时i i l c r e 舔e s 耐mi n c r e 舔i i l gt l l ec o r l c e n m 瓶o no fc ri i l ( m o ，c r l x ) 5 s i 3f i l i l l s t h ev a l u e so f ti n c r e 雒e 谢mi 1 1 c r e 勰i n gc o n c e n 缸a t i o no fc rs u g g e s t sm a t 廿l ec 0 o s i o nr e s i s t a e i n c 托舔e sw i mi i l c r e 勰i n gt h e 柚叫o fc ri i lt h es p u n e r d 印o s i t e di l a l l o c r y s t a l l i n e ( m o x c r l x ) 5 s i 3 f i l i i l s 1 1 h ee x c e l l e mc o n d s i o nr e s i s t a n c eo fl l i g l lc rc o n t e n tn a n o c r y s t a l l 疵( m o x c r l - x ) 5 s i 3f i l i i li sd u e t 0q u i c l 【l yf o n 】舱t i o no fac o m p a c t 肌dp r o t e c t i v ep 弱s i v ef i l mc o m p o s e dm i i l l yo fc h r 0 i i l i u m ( i i i ) o x i d ea n ds i l i c o no x i d e s ，柚ds i n m l t a i l e o l l s l yt l l el l i g hc h e n l i c a ls 讪i l i t y 觚ds 协m gi n t e r - a t o m i cb o n d s i 1 1 1 1 e r e n tt o ( m o x c r l x ) 5 s i 3i m e n n e t a l l i cp b 脑e s 1 1 1 ee l e c 们c h e l i l i c a lc o 玎o s i o nb e h 删o f so f 舭 ( c r ，f c ) 3 s 比r 1 3 f e 5 s i 2c o m p o s 髓c o a l i n g c o m p a r e dw 曲s m g l ea l l o ) ，i i l gl a y e r 觚da i s i 31 6 ls t a j m e s ss t e e l 蚰d e rs t a t i cs t a t ea n dh y d r o d y m m i c c o n d i t i o 璐w e r ec h a r a c t e r i 盟db yp o t e n t i 0 ( 咖删cp 0 1 a r i 蜀血o nt e s t 孤de l e c 仃0 c h e i i l i c a li i t l p e d a n c e s p e c 们s c 叩y ( e i s ) i i ls t a t i c3 5 n a c ls o l u t i o n ，m ec o s i o nm s i s t a i l c eo ft h e ( cr ，f i e ) 3 s 此r 1 3 f e 5 s i 2 “ 1 1 1 1 f i 锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究 南京航窄航天大学硕士学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 不锈钢概述一l 1 1 1 不锈钢的发展历史l 1 1 2 不锈钢的分类1 1 2 不锈钢表面处理技术2 1 2 1 电镀2 1 2 2 化学镀。2 1 2 3 热渗镀3 1 2 4 物理气相沉积3 1 2 5 化学气相沉积3 1 2 6 离子注入4 1 2 7 激光表面处理4 1 3 双阴极等离子溅射沉积技术4 1 3 1 双阴极等溅射沉积技术原理4 1 3 2 双阴极等离子溅射沉积技术的应用5 1 4 金属硅化物5 1 4 1 过渡金属硅化物5 1 4 2m o s i 系金属硅化物及其研究进展。6 1 4 3c r - s i 系金属硅化物及其研究进展7 1 5 纳米涂层的制备及其腐蚀性能8 1 5 1 纳米材料的特性8 1 5 2 纳米晶涂层的制备8 1 5 3 纳米晶对腐蚀性能的影响1 0 1 6 材料腐蚀磨损概述1 0 1 6 1 腐蚀磨损的定义1 0 1 6 2 腐蚀磨损的影响因素1 1 1 7 课题的提出1 2 1 7 1 课题提出的意义。1 2 1 7 2 课题的主要研究内容。1 2 v 不锈钢表面硅化物含金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究 第二章试验材料与试验方案1 4 2 1 试验材料及预处理。1 4 2 2 靶材选用和制备1 4 2 3 试验设备。1 4 2 4 涂层的制备。1 5 2 4 1m o s i 、m o c 卜s i 涂层的制各一1 5 2 4 2c r - f e s i 涂层的制备1 6 2 5 分析方法1 6 2 5 1 微观组织分析1 6 2 5 2 电化学性能测试1 6 2 5 2 1 极化曲线测试1 6 2 5 2 2 交流阻抗测试1 7 2 5 3 腐蚀磨损试验机的制备1 7 2 5 4 腐蚀磨损试验介质1 8 第三章纳米晶( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层组织与耐蚀性能分析1 9 3 1 本章提要1 9 3 2 不锈钢表面直接制备m o s i 涂层形貌分析1 9 3 3 不锈钢表面c r 合金化组织形貌分析2 0 3 3 1c r 合金层王d 分析2 l 3 3 2c r 合金层s e m 分析。2l 3 4 纳米晶( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层组织分析2 2 3 4 1 纳米晶( m o x c r l 。) 5 s i 3 涂层x 】支d 分析2 2 3 4 2 纳米晶( m o x c r i 。) 5 s i 3 涂层s e m 分析2 3 3 4 3 纳米晶( m o 。c r l 。) 5 s i 3 涂层t e m 分析2 5 3 4 4 纳米晶( m o x c r l x ) 5 s i 3 涂层a f m 分析2 6 | 3 5 纳米晶( m o 。c r l 。) 5 s i 3 涂层腐蚀性能一2 7 3 5 1 纳米晶( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层在3 5 n a c l 的极化曲线测试2 7 3 5 2 腐蚀表面形貌分析2 9 3 5 3 交流阻抗的测量一3 0 3 6 纳米晶( m o 。c r l 。) 5 s i 3 涂层钝化膜成分分析。3 3 3 7 纳米晶( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层腐蚀机理分析3 6 3 8 本章小结一3 7 v i 南京航窄航天大学硕上学位论文 第四章( c r f e ) 3 s 比f e 5 s i 2 双相涂层组织与耐冲蚀性能分析3 9 4 1 本章提要。3 9 4 2 表面合金层组织分析3 9 4 2 1 ( c r ，f e ) 3 s 比r 1 3 f e 5 s i 2 双相涂层王d 分析3 9 4 2 2 ( c r f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2 双相涂层s e m 分析4 0 4 3 不同速度条件下极化曲线测量4 l 4 4 交流阻抗测量4 3 4 5 冲刷腐蚀交互作用的测量4 6 4 6 冲蚀形貌分析及冲蚀机理探讨4 8 4 7 本章总结5 0 第五章结论一51 参考文献5 3 致谢6 2 在校期间的研究成果及发表的学术论文6 3 v i l 不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究 图清单 图、表清单 图1 1 双阴极等离子溅射沉积基本原理图5 图2 1 双阴极等离子表面渗金属炉1 5 图2 2 源极和阴极在渗金属炉中的布置1 5 图2 3 腐蚀磨损试验机示意图一1 8 图3 1m o s i 涂层的s e m 照片1 9 图3 2m o s i 涂层的x l 乇d 图谱2 0 图3 3c r - f e ( a ) 和m o “b ) 之间的二元相图一2 1 图3 4 不锈钢表面合金化c r 的图谱2 1 图3 5c f 合金层的截面s e m 照片2 2 图3 6c r 合金层的线扫描图谱2 2 图3 7 ( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层的x r d 图谱2 3 图3 8m 0 5 0 s i 5 0 为靶材制备( m o 。c r l - x ) 5 s i 3 的表面形貌2 4 图3 9 纳米晶m 0 5 s i 3 涂层与纳米品( m o o 5 6 c r o “) 5 s i 3 涂层的截面s e m 照片2 4 图3 1 0m 0 5 s i 3 涂层透射电镜明场相照片( a ) ，晶粒分布柱状图( b ) 和选区电子衍射花样( c ) 2 6 图3 1 1m 0 5 s i 3 涂层的3 d a f m 照片一2 6 图3 1 2 纳米晶( m o 。c r l - x ) 5 s i 3 涂层和3 1 6 l 不锈钢的极化曲线2 7 图3 1 33 1 6 l 不锈钢和纳米晶( m o 。c r l 。) 5 s i 3 涂层的腐蚀形貌3 0 图3 1 43 1 6 l 和纳米晶( m o x c r l - x ) 5 s i 3 涂层在3 5 n a c l 溶液中的n y q u i s t 图3 l 图3 1 5 等效电路模型3 i 图3 1 6 钝化膜x p s 全谱分析结果( a ) ( m o o - 8 2 c r o 1 8 ) 5 s i 3 涂层( b ) ( m 0 0 5 6 c r o 4 4 ) 5 s i 3 涂层3 3 图3 1 7 ( m 0 0 8 2 c r o 1 s ) 5 s i 3 涂层钝化膜元素价态分析( 郴r ( b ) m o ，( c ) s i 3 5 图3 1 8 ( m o o 5 6 c r o 4 4 ) 5 s i 3 涂层钝化膜元素价态分析( 彬r ( b ) m o ，( c ) s i 一3 6 图3 1 9m o 元素在常温下的电位一p h 图3 7 图4 1 ( c r f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2 双相涂层的x i 图谱。3 9 图4 2 ( c r f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2 双相涂层横截面s e m 照片4 0 图4 3 ( c r f e ) 3 s 此f e 5 s i 2 双相涂层和对比材料在料浆冲蚀条件下的极化曲线4 l 图4 4 由极化曲线得到的腐蚀电流密度( 屯叮) 4 2 图4 5 ( c r ，f e ) 3 s 扰f e 5 s i 2 双相涂层和对比材料在三种不同条件下的阻抗复平面图4 4 v u i ， 南京航窄航天大学硕士学位论文 图4 6 经2 0 h 的料浆冲蚀后的交流阻抗图谱拟合等效电路4 5 图4 7 经2 0 h 的料浆冲蚀后试验值与拟合值比较图4 5 图4 8 三种复合层和对比材料的交互作用分量4 7 图4 9 交互作用占总失重量的比例4 8 图4 1 0 ( c r ，f e ) 3 s i c r l 3 f e 5 s i 2 双相涂层和对比材料冲蚀表面形貌s e m 照片4 9 图4 1l ( c r ，f e ) 3 s 比f e 5 s i 2 双相涂层表面s e m 照片5 0 卜 表清单 表3 1 ( m o 。c r l x ) 5 s i 3 涂层表面的成分。2 5 表3 2 纳米晶( m o 、c r l x ) 5 s i 3 涂层与对比材料的电化学测试结果2 8 表3 3 六种测试材料的阻抗谱拟合结果3 2 表4 1 涂层1 、2 、3 点的e d s 结果4 0 表4 2 由极化曲线得到的自腐蚀电位( e 。一4 2 表4 3 交流阻抗谱拟合结果4 6 i x ， 南京航空航天大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 不锈钢概述 1 1 1 不锈钢的发展历史 不锈钢通常是指含铬量在1 2 3 0 的铁基耐蚀合金。“不锈钢”的名词是在1 9 1 3 年由英国的 b r e d v 首次提出的，至今已经有近百年的历史。从最开始的铁素体不锈钢到奥氏体不锈钢，再 到现在的各种超低碳高性能不锈钢，不锈钢的炼制工艺和使用范围都得到了极大的发展。现在， 不锈钢的产量在一些发达国家占其钢总产量的1 2 ，个别不锈钢出口国已经占到5 以上，而 生产的钢种也已经达到上百种，应用范围遍及石油、化工、纺织、核能、航空等各个领域【1 。 我国于1 9 5 2 年开始生产不锈钢，当时以奥氏体不锈钢1 c r l 8 n i 9 t i 为主，此后三十多年， 不锈钢的研制和生产都有很大的发展，纳入国家标准的钢种约有5 0 余种。近三十年来发展更为 迅速。另外，我国研制开发的高性能奥氏体不锈钢和双相不锈钢都取得了很好的应用效果。近 来，低碳不锈钢的研制开发也得到了相当大的发展。 1 1 2 不锈钢的分类 不锈钢的分类通常按其组织结构特点来分。一般可以分为：马氏体不锈钢，铁素体不锈钢， 奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。 1 ) 马氏体不锈钢。通常含c r 量为1 2 1 8 ，含c 量o 1 以上( 也有超低碳马氏体不锈钢，其 含碳量低于o 1 ) ，能通过淬火强化，是一种“自硬钢”。它具有高的硬度和强度，耐蚀性较差， 但有一些特殊用途的不锈钢仍有较好的抗腐蚀效果。该种钢广泛应用于化学及航空工业领域中 对机械性能和耐腐蚀性能均有较高要求的场合，以及手术器械、工量具、仪表部件等方面。铁 素体不锈钢含c r l 2 3 0 ，含c 量低于o 1 ，加热时不发生相变，一般不能用热处理强化。此 类钢有三种脆性：即4 7 5 脆性，析出脆性和晶粒长大引起的脆性。用退火后急冷可以获得良 好的性能。这种钢的抗应力腐蚀能力较好，主要应用于食品工业，管道热交换器及化工容器方 面。现在，由于精炼技术的采用，克服了原来铁素体不锈钢的缺点如冲击韧性差，有各种脆性， 对晶间腐蚀敏感，不耐点蚀等，其应用范围正在不断扩大，研究和开发工作也在向纵深发展， 成为一类很有前途的钢种。 2 ) 奥氏体不锈钢。含c r 量1 2 - 2 5 ，含n i8 3 0 ( 或用m n 或m n - n i 代替n i ) ，加热时组织 稳定，不能通过淬火强化。在不锈钢的应用中，奥氏体不锈钢是应用最为广泛的钢种。一方面 是因为它的历史较长，另一方面，也是由于它优良的耐腐蚀性能。化工行业中的设备要求能抗 各种酸的侵蚀，除盐酸外，奥氏体不锈钢在其它酸中表现都比较良好。另外，在石油精炼、造 不锈钢表面硅化物合金层耐蚀与耐冲刷腐蚀性能研究 纸、合成树脂_ t 业、肥料工业、食品工业以及医疗行业中，奥氏体不锈钢都担当了重要的角色。 但是，奥氏体不锈钢对氯离子的侵蚀比较敏感，限制了它的应用范围。 3 ) 双相不锈钢。是在纯奥氏体组织中增加铁素体形成元素的含量而获得。在固溶处理使用 状态下为奥氏体铁素体组织。双相不锈钢具有高强度兼有较好的耐均匀腐蚀、耐晶间腐蚀、抗 点蚀及优良的耐应力腐蚀能力，使其在化工、石油、能源及海洋事业等方面都得到了广泛应用。 随着炼制技术的不断提高和材料设计的不断发展，双相不锈钢的应用还在不断的扩大。 4 ) 沉淀硬化不锈钢。固溶处理后具有奥氏体或马氏体组织，经过强化处理后具有很高的强 度和硬度。它可以大致分为三类：马氏体型，半奥氏体型和奥氏体型。沉淀硬化不锈钢的特性 是高强度、高韧性、高耐蚀性、高耐氧化性和优良成型性、可焊接性等综合性能，它广泛应用 于尖端工业和民用工业，如传动装置、造纸业、航空工业等方面。 1 2 不锈钢表面处理技术 不锈钢具有良好的耐蚀性，在石油、化：【、化肥、医药、造纸、原子能、海洋工程和装饰 工程领域得到了广泛的应用，但在某些特定条件下不锈钢易发生点蚀、缝隙腐蚀、晶问腐蚀、 应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等局部腐蚀破坏现象。不锈钢表面进行了各种处理和强化研究。 1 2 1 电镀 由于不锈钢质软不耐磨、表面强度低、摩擦系数大，作为传动轴、啮合件或动配合件时经 常发生咬合或粘滞现象。为了弥补这些缺陷，常在其表面进行电镀处理来提高表面硬度和自润 滑性能。与其它基体金属电镀不同，不锈钢在电镀前必须除去自然钝化膜，才能得到与基体结 合牢固的良好镀层。不锈钢经去油、浸渍、活化、预镀和电镀等工序，可得到铬、镍、金、银 等镀层【5 1 ，不锈钢电镀银层可以改善不锈钢与铜的焊接力【6 】。随着合金电镀工艺不断发展，不 锈钢合金电镀也有了一定进展，如不锈钢电镀镍钼合金层具有结合力良好、耐蚀性和耐磨性优 良的优点【丌。 1 2 2 化学镀 化学镀是1 9 4 6 年由b r e 蚰e r 和m d d e n 发明的。化学镀是一种沉积金属的、可控制的、自 催化的化学反应过程。对形状复杂的不锈钢镀件，电镀铬由于存在边缘效应且覆盖能力差而得 不到合格镀层。化学镀却能在形状复杂的零件表面沉积均匀一致的镀层，并且化学镀自润滑性 比电镀好。化学镀与电镀相比，有许多优点，如均镀能力和深镀能力好；空隙少；设备简单， 操作容易；镀层具有特殊的机械、物理和化学性能等。其缺点是：镀液寿命短，废水排放量大， 镀覆速度慢，成本高【引。化学镀在不锈钢上应用主要是镀镍。镀镍前需要进行前处理，除去不 锈钢表面钝化膜，才能提高不锈钢与镀层结合力9 1 。化学镀n i - p 可显著增强1 c r l 8 n i 9 t i 奥氏 2 ， 南京航空航天大学硕士学位论文 体不锈钢在沸腾的4 5 m g c l 2 中抗s c c 性能。化学镀镍还可提高不锈钢表面硬度、自润滑性能、 抗应力腐蚀性能【l o 】。 1 2 3 热渗镀 不锈钢热渗镀技术是用加热扩散的方法把合金渗入不锈钢基体表面，形成一种合金层。该 合金层具有优良的抗氧化性、耐蚀性与电镀相比，热渗镀具有成本低、效率高、设备简单和 操作方便等优点。该技术的突出特点是镀层的形成主要依靠加热扩散的作用，因而结合力比电 镀法形成的镀层牢固。热渗镀方法按接触介质划分有同渗、液渗和气渗。曹启宏研究了不锈钢 铝铬共渗1 ，提出热浸涂层的最佳扩散处理工艺为：7 7 0 下，恒温2 h ，再空冷的二步扩散处 理工艺。 1 2 4 物理气相沉积 物理气相沉积技术是真空沉积加工中的个大分支，它是利用蒸发或溅射等物理形式把材 料从靶源移走，然后通过真空或半真空空间使这些携带能量的蒸气粒子沉积到基片或零件的表 面以形成膜层物理气相沉积包括真空蒸镀( p v d ) 、离子镀( i p ) 、溅射沉积( m s d ) 。真空蒸镀包 括电阻加热蒸镀( r p v d ) 、电子束加热蒸镀( e b p ) 、激光加热蒸镀( l - p v d ) 等；溅射沉积( m s d ) 包括磁控溅射沉积( m s p ) 、离子束溅射镀( i b s ) 等。 真空蒸镀是比较早的p v d 工艺，结合力较低，在工件上已不多用；而阴极溅射和离子镀 所得结合力较高，应用范围正在扩大，二者的特点是：依靠舡的辉光放电产生的离子溅射 效应使工件表面净化，使表面在整个镀覆过程中保持清洁；蒸发或溅射的原子或分子被离解 和加速，具有较高的能量，可以得到密度高的、粘结性能良好的涂层；基体表面可生成微观 的合金层；除金属外，陶瓷、玻璃、塑料等表面上都可涂覆：涂层温度低，工件很少发生 变形；一般无需进行再加工：采用反应性p v d 能得到各种金属氧化物、碳化物和氮化物涂 层；无公害。为了提高不锈钢的耐蚀性，“u 在不锈钢上利用e b p v d 沉积了麟1 1 2 1 ，n e u m a n n 、 梁成浩分别使用h c d 技术在不锈钢上沉积了t j ) n 、t i n 【1 3 1 4 1 ，许兰萍利用m a m 技术在不 锈钢上沉积了t i 、列15 1 ，v i e r e 利用i b s 技术在不锈钢上沉积了s i c 【1 6 】。 1 2 5 化学气相沉积 化学气相沉积( c v d ) 技术是指在相当高温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合 气体中的某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。c v d 特点如下： 镀层的化学成分可以变化，从而获得梯度沉积物，或者得到混合镀层：可以控制镀层的密 度和纯度；可以在大气压或者低于大气压下进行沉积；通常沉积层具有柱状晶结构，不耐 弯曲1 7 1 。c v d 包括热解化学气相沉积( h c v d ) 、等离子增强化学气相沉积( p e c v d ) 等。s t a i a 和 3 不锈钢表面硅化物合金层耐蚀0 耐冲刷腐蚀性能研究 c a p i t a l l 分别在不锈钢上利用c v d 沉积了具有良好附着力的t i n 涂层和具有抗氧化性强镧涂层 【1 8 l9 1 。 1 2 6 离子注入 离子注入是7 0 年代初逐渐发展起来的一种新颖的表面改性方法。它是把工件( 金属、合金、 陶瓷等) 放在离子注入机的真空靶室中，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离子注入 到工件表面的一种工艺。与通常的冶金方法不同，离子注入是用高能量的离子注入来获得表面 合金层的，因而有如下特点：溶质原子靠高能量撞进金属晶格内，因而它不受热力学平衡条 件的限制，原则上任何种元素都可以注入任何种基体金属中”注入所得的表面合金层往往是亚稳 态结构，如过饱和同溶体、非晶态，或一些难以用通常方法获得的新的相及化合物；注入是 一个无热的过程，不会引起零件的受热变形；注入原子在注入合金层中的分布可计算和测定， 注入离子的浓度和深度可控制；注入原子与基体金属之间没有界面，因而注入层不会有剥落 问题2 0 1 。离子注入可使金属和合金的摩擦系数、耐磨性、抗氧化性、抗腐蚀性、耐疲劳性等发 生显著变化。目前，许多学者己把离子注入技术用于不锈钢表面的改性，以提高不锈钢的耐磨 性和耐蚀性，不锈钢表面在离子注入n 后，表层形成7 相，硬度和耐磨性有很大提耐2 m 6 】，离 子注入t i ，也可提高耐磨性b 7 】。不锈钢同时离子注入c r 、n ，耐蚀性明显改掣2 钔。 1 2 7 激光表面处理 激光表面处理是采用高功率密度的激光束，以非接触性的方式加热材料表面，借助于材料 的自身传导冷却，来实现材料表面改性的工艺方法。激光表面处理技术具有如下主要特点： 激光熔化后形成的组织，其化学均匀性很高，而且晶粒非常细小，因而强化了合金，结果使耐 磨性大大提高；激光热处理改善了合金的机械性能，所以显著提高工具的使用寿命；在激 光热处理层中，因马氏体转变而得到的残余压应力，提高了疲劳强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀 性能；与常规热处理相比，激光热处理可以在不牺牲韧性的情况下，获得高硬度和高强度2 9 1 。 因此，自1 9 6 0 年世界上第一台红宝石激光器问世以来，已获得了巨大的发展。近几年来，在不 锈钢表面处理方面得到了越来越多的应用。f e n g 在不锈钢上利用激光涂覆制备了n i c r a 1 2 0 3 复合膜层3 0 1 。k w o k 和y i l l 使用激光表面熔融技术显著提高了不锈钢的耐孔蚀、缝隙腐蚀、晶 间腐蚀性能队3 2 1 。