工程科学学报，第39卷.第6期：889-895,2017年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.6:889-895,June 2017 D0I:10.13374/j.issn2095-9389.2017.06.011;htp://journals.ustb.edu.cn 铸铁喷涂渗铝工艺和性能 胡 宁四，樊自拴 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:1193932371@qq.com 摘要采用线材火焰喷涂制备铝基涂层，随后对涂层进行重熔和扩散处理.利用扫描电镜，X射线衍射仪、能谱仪、摩擦磨 损实验仪等对涂层的成分、物相、耐高温氧化性能、耐蚀性能等进行分析测试.结果表明：涂层分为两层，外层的物相主要是 A1,FeA山，、内层是Fe2AL,和少量的FeA山；显微硬度有了很大程度的提高，峰值可达HV950:渗铝试样在800，、900℃进行高温氧 化实验几乎不增重，抗氧化性能较铸铁可提升几十倍：同时试样也兼具良好的耐摩擦磨损和耐腐蚀性能. 关键词铸铁：火焰喷涂；渗铝；扩散处理；高温氧化 分类号TG174.442 Process and properties of spray-aluminized coating on cast iron HU Ning,FAN Zi-shuan School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:1193932371@qq.com ABSTRACT Aluminum-based coatings were prepared by flame spraying.After remelting and diffusion treatment,the phase,com- position,friction and corrosion resistance were analyzed experimentally by using scanning electron microscopy,X-ray diffraction,ener- gy dispersive spectrometer,wear tester.The results indicate that the surface phase consists of Al and FeAl,inner layer phase mainly contains FeAl,and Fe,Als.The coating has higher micro-hardness than the underlying material,with a maximum of up to HV950.In an experiment of high-temperature oxidation at 800C and 900 C,the spray-aluminized samples show almost no weight gain,and the antioxidant properties of cast iron improve substantially (by dozens of times).In addition,the samples show excellent wear and corro- sion resistance. KEY WORDS cast iron;flame spraying;aluminizing;diffusion treatment;high-temperature oxidation 铸铁件因其成本低廉，在工业生产中广泛应用，但 在铸铁渗铝过程中形成的Fe-Al金属间化合物具 在800~900℃工况条件下耐氧化性能较差容易发生 有特殊晶体结构，会造成C、Sⅰ在一定程度上的富集， 氧化致使工件报废，造成更换频率快，一定程度上降低 使得Fe、Al原子间的相互扩散产生障碍，渗层厚度较 了生产效率，生产成本较高山 钢来说偏薄，目前有关铸铁渗铝的报道还不多).实 作为表面改性手段，热喷涂和热浸镀备受青睐，目 验采用火焰喷涂，将铝丝喷涂于铸铁表面，在马弗炉中 前，热浸渗铝工艺在渗铝工艺中发展最为成熟，应用最 进行重熔加热和扩散退火处理，获得了较为理想的渗层 为广泛，已投入到实际的生产应用中2-】.但热浸镀由 于铝液覆盖剂的使用会产生一些含氟气体，同时该工 1实验材料及方法 艺也存在参数不易控制、容易造成漏渗、助镀液不稳 实验用基体材料为HT200,线切割成17mm×20 定、耗铝多、炉胆的寿命较短等缺点，限制了进一步的 mm×8mm块状.铝丝采用热喷涂专用铝丝，成分含量 发展4 如表1所示. 收稿日期：2016-08-18工程科学学报,第 39 卷,第 6 期:889鄄鄄895,2017 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 6: 889鄄鄄895, June 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 06. 011; http: / / journals. ustb. edu. cn 铸铁喷涂渗铝工艺和性能 胡 宁苣 , 樊自拴 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 苣通信作者, E鄄mail: 1193932371@ qq. com 摘 要 采用线材火焰喷涂制备铝基涂层,随后对涂层进行重熔和扩散处理. 利用扫描电镜、X 射线衍射仪、能谱仪、摩擦磨 损实验仪等对涂层的成分、物相、耐高温氧化性能、耐蚀性能等进行分析测试. 结果表明:涂层分为两层,外层的物相主要是 Al、FeAl 3 、内层是 Fe2Al 5和少量的 FeAl 3 ;显微硬度有了很大程度的提高,峰值可达 HV 950;渗铝试样在800、900 益进行高温氧 化实验几乎不增重,抗氧化性能较铸铁可提升几十倍;同时试样也兼具良好的耐摩擦磨损和耐腐蚀性能. 关键词 铸铁; 火焰喷涂; 渗铝; 扩散处理; 高温氧化 分类号 TG174郾 442 Process and properties of spray鄄aluminized coating on cast iron HU Ning 苣 , FAN Zi鄄shuan School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: 1193932371@ qq. com ABSTRACT Aluminum鄄based coatings were prepared by flame spraying. After remelting and diffusion treatment, the phase, com鄄 position, friction and corrosion resistance were analyzed experimentally by using scanning electron microscopy, X鄄ray diffraction, ener鄄 gy dispersive spectrometer, wear tester. The results indicate that the surface phase consists of Al and FeAl 3 , inner layer phase mainly contains FeAl 3 and Fe2Al 5 . The coating has higher micro鄄hardness than the underlying material, with a maximum of up to HV 950. In an experiment of high鄄temperature oxidation at 800 益 and 900 益 , the spray鄄aluminized samples show almost no weight gain, and the antioxidant properties of cast iron improve substantially (by dozens of times). In addition, the samples show excellent wear and corro鄄 sion resistance. KEY WORDS cast iron; flame spraying; aluminizing; diffusion treatment; high鄄temperature oxidation 收稿日期: 2016鄄鄄08鄄鄄18 铸铁件因其成本低廉,在工业生产中广泛应用,但 在 800 ~ 900 益工况条件下耐氧化性能较差容易发生 氧化致使工件报废,造成更换频率快,一定程度上降低 了生产效率,生产成本较高[1] . 作为表面改性手段,热喷涂和热浸镀备受青睐,目 前,热浸渗铝工艺在渗铝工艺中发展最为成熟,应用最 为广泛,已投入到实际的生产应用中[2鄄鄄3] . 但热浸镀由 于铝液覆盖剂的使用会产生一些含氟气体,同时该工 艺也存在参数不易控制、容易造成漏渗、助镀液不稳 定、耗铝多、炉胆的寿命较短等缺点,限制了进一步的 发展[4] . 在铸铁渗铝过程中形成的 Fe鄄鄄Al 金属间化合物具 有特殊晶体结构,会造成 C、Si 在一定程度上的富集, 使得 Fe、Al 原子间的相互扩散产生障碍,渗层厚度较 钢来说偏薄,目前有关铸铁渗铝的报道还不多[5] . 实 验采用火焰喷涂,将铝丝喷涂于铸铁表面,在马弗炉中 进行重熔加热和扩散退火处理,获得了较为理想的渗层. 1 实验材料及方法 实验用基体材料为 HT200,线切割成 17 mm 伊 20 mm 伊 8 mm 块状. 铝丝采用热喷涂专用铝丝,成分含量 如表 1 所示