胡宁等：铸铁喷涂渗铝工艺和性能 ·891· 30 2 50 020 15 10 5 Fe Fe Fe 0 1 2 45678 10 3 456 78910 能量keV 能量keV 18F 4.5E 1 14 5 10 2.5 2.0 4 Fe 1.0 0.5 8101214161820 8101214161820 能量kcV 能量keV 图2喷涂渗铝铸铁渗层扫描电镜照片和能谱分析 Fig.2 SEM image and EDS spectra of spray-aluminized coating on cast iron 构中，铝原子向基体内扩散就会推着C,Si一起向基体 2.2.3重熔和扩散温度对渗层厚度的影响 迁移，或者绕过元素富集的区域继续向前扩散，随着扩 图6(a)是不同重熔温度下渗层厚度的变化曲线， 散距离的增加扩散前沿聚集的C、Sⅰ含量逐渐增多，阻 在880℃附近达到峰值，温度低，原子扩散速度较慢， 力越来越大，限制铝原子进一步向基体的扩散 温度高，表面氧化烧损严重，都对渗层厚度的增加不 2.2.2扩散和重熔时间对渗层厚度的影响 利.图6(b)是渗层的厚度随扩散温度的变化曲线，渗 从图5(a)中可看出随着扩散时间的延长，渗层的 层的增幅趋势也是先增大后减小，随着扩散温度升高， 厚度逐渐增大，3h时间内增大趋势较为明显，后期的 试样表面粗糙度变大，因此扩散温度一般控制在800 增幅比较平缓.扩散时间越长，从表层扩散到基体内 ℃以内. 部的铝原子数目越多，渗层增厚明显，但是随着渗层厚 2.3涂层的性能 度的增加，铝原子的扩散距离变长，加之C、Si在扩散 2.3.1硬度 前沿富集形成的阻力，从而厚度增大的趋势较平缓. 图7为从涂层表面到基体部分硬度的变化曲线， 图5(b)是在同一个重熔温度不同的重熔时间下， 可以看出随着渗层深度的增大，硬度值先逐渐增大，达 渗层厚度的变化曲线.随着时间的延长，厚度出现先 到峰值HV950左右时趋于稳定，在渗层深度为450 增大趋于平缓后下降的趋势.由于重熔时温度比较 4m左右时，硬度值开始逐渐下降.由于涂层外层的主 高，原子的扩散速率较快，时间越长，扩散到基体内部 要成分是Al,只含有少量的FeA山3，因此硬度值比较 的原子数目越多，但由于重熔过程是直接在马弗炉中 低：随着渗层深度的增加逐渐出现硬脆相Fe,AL,在扩 进行的，时间过长表面氧化烧损严重，扩散处理没有足 散层时Fe,AL,为主要物相，所以硬度会出现先增加到 够的铝原子扩散到基体中，从而厚度呈现一定程度的 稳定的变化：随着渗层扩散距离的进一步增加，渗层中 下降趋势，由于客观条件限制，会出现一定波动，不影 的Al含量逐步减少，Fe,AL,相也相应减少，所以硬度 响整体趋势的变化. 开始下降胡 宁等: 铸铁喷涂渗铝工艺和性能 图 2 喷涂渗铝铸铁渗层扫描电镜照片和能谱分析 Fig. 2 SEM image and EDS spectra of spray鄄aluminized coating on cast iron 构中,铝原子向基体内扩散就会推着 C、Si 一起向基体 迁移,或者绕过元素富集的区域继续向前扩散,随着扩 散距离的增加扩散前沿聚集的 C、Si 含量逐渐增多,阻 力越来越大,限制铝原子进一步向基体的扩散. 2郾 2郾 2 扩散和重熔时间对渗层厚度的影响 从图 5(a)中可看出随着扩散时间的延长,渗层的 厚度逐渐增大,3 h 时间内增大趋势较为明显,后期的 增幅比较平缓. 扩散时间越长,从表层扩散到基体内 部的铝原子数目越多,渗层增厚明显,但是随着渗层厚 度的增加,铝原子的扩散距离变长,加之 C、Si 在扩散 前沿富集形成的阻力,从而厚度增大的趋势较平缓. 图 5(b)是在同一个重熔温度不同的重熔时间下, 渗层厚度的变化曲线. 随着时间的延长,厚度出现先 增大趋于平缓后下降的趋势. 由于重熔时温度比较 高,原子的扩散速率较快,时间越长,扩散到基体内部 的原子数目越多,但由于重熔过程是直接在马弗炉中 进行的,时间过长表面氧化烧损严重,扩散处理没有足 够的铝原子扩散到基体中,从而厚度呈现一定程度的 下降趋势,由于客观条件限制,会出现一定波动,不影 响整体趋势的变化. 2郾 2郾 3 重熔和扩散温度对渗层厚度的影响 图 6(a)是不同重熔温度下渗层厚度的变化曲线, 在 880 益附近达到峰值,温度低,原子扩散速度较慢, 温度高,表面氧化烧损严重,都对渗层厚度的增加不 利. 图 6(b)是渗层的厚度随扩散温度的变化曲线,渗 层的增幅趋势也是先增大后减小,随着扩散温度升高, 试样表面粗糙度变大,因此扩散温度一般控制在 800 益以内. 2郾 3 涂层的性能 2郾 3郾 1 硬度 图 7 为从涂层表面到基体部分硬度的变化曲线, 可以看出随着渗层深度的增大,硬度值先逐渐增大,达 到峰值 HV 950 左右时趋于稳定,在渗层深度为 450 滋m 左右时,硬度值开始逐渐下降. 由于涂层外层的主 要成分是 Al,只含有少量的 FeAl 3 ,因此硬度值比较 低;随着渗层深度的增加逐渐出现硬脆相 Fe2Al 5 ,在扩 散层时 Fe2Al 5为主要物相,所以硬度会出现先增加到 稳定的变化;随着渗层扩散距离的进一步增加,渗层中 的 Al 含量逐步减少,Fe2 Al 5 相也相应减少,所以硬度 开始下降. ·891·