D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.s2.009 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 活化剂对Al一Cr扩散层中孔穴形成的影响 曹铁梁 耿伟民倪政瑜 周庆初 潘辉英 中国科学院上海冶金研究所，上海 摘要Ni村底用粉末包装法先扩散Al再扩散Cr时，在Al一Cr扩散层内产生了孔穴.它形成的 原因是：活化剂NH,CI加热分解时生成HC1气体，与已形成扩散层中的A!作用，使其从扩散层 中逃逸，而在原来AI的位置上产生了孔穴.含有孔穴的A!-Cr扩散层的抗氧化能力明显降低. 关键词卤化物活化剂，A1-Cr扩散层，孔穴 过去由于对扩散层内的缺陷结构和形成机制研究较少，往往提出一些相互矛盾的看法 和假设.例如，Gupta和Seiglet用Nal作活化剂在Ni上扩散AI时，认为孔的产生是尚未知 道的独特反应所致.Pichoir2在Ni及其合金上用低活度法扩散Al时，发现NiAl化合物界 面的孔上由柯肯达尔效应所致.Geib Rappl)用低活度法在合金钢上扩散Al-Cr时，认为 在样品附近Al和Cr消耗殆尽，致使扩散层内A!和Cr的反向扩散而形成孔穴.Kung和 Rapp在研究铁上扩散Al时，认为Al扩散层往外生长，由于衬底材料内空位的偏聚，而 导致孔穴的生成.作者在研究Ni上扩散Al-C时，观察到扩散层内的孔穴，并使扩散层 的氧化性能降低 研究扩散层内缺陷结构的形成机制，调整扩散源中活化剂的类型和含量以及变更扩散 元素的比例，将有助于获得高质量的保护层. 1实验方法 用Ni板加工成15mm×10mm×3mm的试样，表面粗糙度为V8.实验前用有机溶 剂脱脂.扩散源内的物质是：60%59%Al-Fe粉或Cr粉]+40%惰性粉末.按要求加人 NH4CI或NH,I及Na,AlF。，加人量为上述物质的2%.试样包埋在扩散源内，然后将其置 于低压环境中，在高温炉内进行扩散.高温氧化实验在热重天平上进行， 2实验结果 2.1孔穴形貌 图1(a)是Ni试样用二步法以NH,Cl作活化剂时，Al-Cr扩散层内孔穴的二次电子像 形貌.可见在扩散层内存在着不同几何形状和尺寸的孔穴，扩散层外侧的孔穴数量较多， 1996-01-22收稿第一作者男60岁研究员 ◆治金部衡蚀一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 i ty o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o gy B e i j in g V o l . 1 8 o e t . 1 9 9 6 活化剂 对 A I 一 c : 扩散层 中孔 穴形成 的影 响 ’ 曹铁梁 耿伟 民 倪政瑜 潘辉英 中国 科学 院 上海 冶金 研究 所 , 周 庆初 上海 摘要 iN 衬底用 粉末包装法先扩散 lA 再扩散 C r 时 , 在 lA 一 rC 扩散层 内产 生 了 孔穴 . 它形 成的 原因 是: 活 化剂 N H 4 CI 加热分解 时生成 H CI 气体 , 与 已 形成扩散层 中的 lA 作用 , 使其从扩散层 中逃逸 , 而在原来 A l 的位 置上 产生了 孔穴 . 含有孔 穴的 lA 一 C r 扩散层的 抗氧化能力明显降低 . 关健词 卤化物活 化剂 , A I 一 C r 扩散层 , 孔穴 过 去 由于 对扩 散层 内的缺 陷结构 和形 成机 制 研究 较少 , 往 往提 出一 些相 互矛盾 的看 法 和假 设 . 例 如 , G u p at 和 eS igl e 〔’ 〕用N al 作 活化 剂 在 N i 上扩 散 A l 时 , 认 为孔 的产生是 尚未 知 道 的 独 特 反应 所 致 . iP ch io lrz ]在N i 及 其合 金上 用低 活 度 法扩 散 A I 时 , 发现 N IA I 化合 物界 面 的孔上 由柯肯达 尔效 应所 致 . G ie b R ap 尹]用 低 活度法 在合 金 钢 上扩 散lA 一 cr 时 , 认为 在 样 品附 近 A I 和 c r 消耗 殆 尽 , 致使 扩 散层 内 A I 和 C r 的反 向扩 散 而 形成 孔穴 . uK ng 和 R ap p .l] 在研 究 铁上 扩散 lA 时 , 认为 lA 扩 散层 往外 生 长 , 由于 衬底 材料 内空位 的偏 聚 , 而 导致 孔穴 的生 成 . 作 者 5[] 在 研 究 iN 上 扩散 lA 一 C r 时 , 观 察到 扩散层 内的孔穴 , 并使 扩散层 的氧 化性 能降 低 . 研 究 扩散 层 内 缺陷 结构 的 形成 机 制 , 调 整 扩 散源 中活化剂 的类 型和 含 量 以 及变 更扩 散 元 素的 比例 , 将有 助 于获得 高 质量 的保 护层 . 1 实 验方法 用 N i 板加 工 成 巧 m m x 10 m m x 3 m m 的 试样 , 表 面 粗糙 度 为 甲 8 . 实验 前 用有 机溶 剂 脱 脂 . 扩散 源 内 的物 质是 : 60 % 〔59 % lA 一 eF 粉 或 Cr 粉 ] + 40 % 惰性 粉 末 . 按 要求 加人 N H ,lC 或 N H砰及 N a 3 A IF 。 , 加 人量 为 上述 物质 的 2 % · 试样包 埋在 扩散 源 内 , 然后将 其置 于 低压 环境 中 , 在 高温 炉 内进行 扩散 . 高温 氧 化 实验在 热重 天平 上进行 . 2 实验 结果 .2 1 孔穴 形貌 图 1 (a) 是N i 试样 用 二 步法 以 N H 4 CI 作 活 化剂 时 , A I 一 C r 扩 散层 内孔穴 的二 次电子像 形 貌 . 可 见 在 扩 散 层 内存 在 着 不 同几 何 形 状 和 尺 寸 的孔 穴 , 扩 散层 外 侧 的孔 穴数 量 较多 , 19 9 6 一 01 一 22 收稿 第一 作者 男 6 0 岁 研 究 员 * 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. 009