t.a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