D0I:10.13374/j.issn1001053x.1996.s2.002 第18卷增刊 北京科技大学学报 VoL.18 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 高能量密度等离子体表面微晶化 对Fe,Al高温氧化的影响 王永刚”何业东”朱日彰》杨思泽》 1)北京科技大学表面科学与腐蚀工程系，北京1000832)中国科学院物理研究所 摘要应用高能量密度等离子体对F,Al进行微品化处理，在合金表面获得了晶粒尺寸介于10 ~I00nm的微晶层.对比研究了铸态Fe,Al微晶处理前后在空气中I000C高温氧化的行为和规 律，发现微晶化处理后，合金表面在氧化过程中形成了微晶氧化膜，极大地改善了氧化膜的塑 性和粘附性，氧化速率显著降低、氧化动力学服从4次方规律 关键词等离子体，微晶化，高温氧化，腐蚀 Fe,A】以其良好的高温强度、较小的相对密度和低廉的价格等优势，可望在能源、化工、 冶金等工业中广泛应用.抗高温氧化性能是高温材料必须具备的性能之一，因此，研究F©，A1 的抗高温氧化性能具有重要的现实意义.F,Al高温氧化过程中虽然增重较小l,),但是氧化 膜在冷却过程中大量剥落1~，在1000℃以上氧化时，氧化膜粉化严重5，，非连续氧化 时还会出现基体沿晶开裂碎解现象)合金中添加微量合金元素对F,Al的抗高温氧化性能 没有明显的作用⑧1，而且对其力学等性能还会有一定的不利影响.我们首次采用高能量密度 等离子体(HEDP)对Fe,Al表面进行微晶化处理，获得了纳米级微晶层.实验证明，它可以 极大地改善氧化膜的塑性和粘附性，明显降低氧化速率，改善氧化动力学规律， 1实验方法 (1)实验材料 实验用Fe3AI(实际化学成分（质量分数）为Fe-27.86%AI).以工业纯原料在非自耗真 空电弧炉中冶炼，重熔3次，然后滴铸成方棒状铸锭，经1000℃、5h均匀化处理后，切割 成20mm×10mm×1mm的试样，水砂纸研磨至1000#.在无水乙醇中经超声波清洗处理 后，冷风吹干作为高温氧化试样 (2)微晶化处理装置及过程 将研磨后的试样再用0.5m的金刚砂膏抛光，清洗，吹干后，用磁铁将试样吸在试样 座上，在高能量密度等离子体(HEDP)处理装置中进行表面处理.图1为装置结构示意图， 其由同轴等离子枪、充放电控制系统、快速脉冲进气阀、真空系统和样品夹持架5部分组成. 1996-05-15收稿 第一作者男32岁博士 *国象自然科学基金及冶金部腐蚀磨蚀与表面技术开放研究实验室资助第18 卷 增刊 1 9 9 6年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o yg B e ij in g V 0 L1 8 o c t 一 1 9 9 6 高能量 密度等离子 体表 面微 晶化 对 F e 3A I 高温 氧化 的影 响 ’ 王 永 刚 ` ) 何业 东 ` ) 朱 日 彰 ’ ) 杨 思泽 2) 1 )北京科 技 大学 表面 科学 与腐蚀工 程 系 , 北京 10 00 8 3 2) 中国 科学 院 物 理研究 所 摘要 应用 高能 量密度等离子 体对 eF 3 IA 进行微 晶化处理 , 在合 金表面 获得 了晶粒尺 寸介 于 10 一 10 lun 的微 晶层 . 对 比研究 了铸态 F e3 A I微晶 处理前后在空 气 中 10 0 ℃ 高温氧化的 行为和 规 律 , 发现微晶化处理 后 , 合金表 面 在氧化过程 中形成 了微 晶氧化膜 , 极大地改善 了 氧化膜的塑 性和粘附性 , 氧化 速率显著降低 , 氧化动 力学服从 4 次方规律 . 关健词 等 离子体 , 微 晶化 , 高温氧化 , 腐蚀 eF 3 AI 以 其 良好 的高 温 强度 、 较小 的相 对 密度 和低 廉 的价格 等优 势 , 可望在 能 源 、 化 工 、 冶 金等 工 业 中 广泛 应 用 · 抗 高 温 氧化 性 能 是 高 温材 料 必须 具 备 的性 能 之一 因此 , 研 究 eF 3A I 的抗 高 温氧 化性 能具 有重 要 的现 实意 义 . eF 3 AI 高温 氧化 过程 中虽 然增 重较小 l[ .2j , 但 是 氧化 膜 在冷 却 过程 中大 量剥 落 l[ 一 礴〕 , 在 10 0 ℃ 以 上 氧 化 时 , 氧化 膜 粉化 严 重 5[,e ] , 非 连 续 氧化 时还 会出现 基 体沿 晶 开裂 碎解 现 象7I[ . 合金 中添加 微量 合金元 素对 eF 3 AI 的抗 高 温氧 化 性能 没 有 明显 的作 用 8[] , 而且 对其力 学 等 性能 还 会有 一定 的不利 影 响 . 我们首 次采 用 高能 量 密度 等离子 体 (H E D )P 对 eF 3 AI 表 面进行 微 晶 化处理 , 获 得 了纳 米级 微 晶层 . 实验 证 明 , 它 可 以 极大 地 改善 氧化膜 的塑性 和粘 附性 , 明 显降低 氧 化速 率 , 改善 氧化 动力 学规律 . 1 实验方法 ( l) 实验材 料 实验 用 eF 3 AI ( 实 际化 学成 分 (质 量 分 数 ) 为 eF 一 27 . 86 % lA ) . 以 工 业纯 原料 在 非 自耗真 空 电弧炉 中冶 炼 , 重 熔 3 次 , 然后 滴 铸成 方棒状 铸锭 , 经 10 0 ℃ 、 s h 均匀 化处理后 , 切 割 成 20 ~ x 10 m m x l ~ 的试 样 , 水砂 纸研磨 至 10 0 #0 . 在 无 水 乙 醇 中经 超声 波清洗 处理 后 , 冷 风 吹干 作为 高 温氧 化试样 . (2 )微 晶 化处理 装 置及 过 程 将 研磨 后 的试 样 再用 .0 5 m 的金 刚砂 膏 抛光 , 清 洗 , 吹 干后 , 用 磁 铁将 试样 吸 在 试样 座 上 , 在 高能 量 密度 等 离 子体 ( H E D )P 处理 装置 中进行 表 面处理 . 图 1 为 装置 结构 示意 图 , 其 由同轴 等 离 子枪 、 充 放 电控 制 系 统 、 快 速 脉 冲 进 气 阀 、 真 空 系 统和 样 品夹 持架 5 部分 组成 . 19 6 一 05 一 巧 收稿 第一 作者 男 32 岁 博士 * 国 家 自然科学基金及冶金部腐蚀 一 磨蚀 与 表面 技术开放研究实验室 资助 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. s2. 002