,62 北京科技大学学报 第33卷 以非均匀形核方式在未溶析出物表面再次析出，从 出物，则需要更为详细的研究，虽然镍基合金中硅 而使析出物进一步长大，最终获得了如图2(b)所示 含量较高，但是涂层热处理前后均没有发现含硅 的组织，过渡带变宽的原因可能是，热处理时间长， 的相，它可能以溶质原子的形式固溶于Y-(F。 界面两侧元素互扩散使界面向钢基体侧移动 Ni)相中，过渡带相组成为Y-(FeNi)、微量CB 为了识别结合界面附近涂层侧析出物的类型 和F3(CB)6,如图3(c)所示，在图2(b)中并 和过渡带的相组成，对涂层和热处理后的过渡带 没有观察到CB和F3(CB)6,原因可能是铁镍 分别进行了XRD分析，结果如图3所示，热处理 互扩散导致过渡带中铁含量增加使Y一(F。N)相 前后，涂层均由Y-(FeNi)、CB、CBB和CBC2等 衍射强度增大，而其他析出物的衍射强度减小.此 相组成，如图3(a、(b)所示.然而，在图2(b)中 外，析出物数量少且尺寸非常细小可能是另一 并不能很好地区分这些析出物，若要区分这些析 原因， a 2000H ◆YFr,Ni (b) ◆le.Ni 4000 ★ ★rB ★CrB △Cr,B △CrB 1500 ☆r,2 3000 女Cr,C 1000 2000 500 1000 20 40 60 80 100 20 0 60 20) 26 16000(c) ◆leNi时 ★CrB 14000H ◇Fe,B)s 12000 兰10000 8000 6000 4000 ★ 2000 ★★ 20 40 60 80 100 26() 图3镍基合金涂层XRD图谱.(a)热处理前；(b)热处理后；(c)热处理后过渡带 Fig 3 XRD patlems of the Nibased alby coatngs (a)before heat treamnent (b)after heat treament (c)transition zone afer heat treament 图4为热处理前、后穿过结合界面的SM线扫 来的点阵位置变为空位，这种现象在保温过程中不 描图，从图中可以看出，界面附近主要发生了镍和 断发生，实现原子的迁移，另外，晶界上原子的扩散 铁的扩散，热处理前，镍和铁扩散距离较短，约为 比晶内更易实现，过渡带与基体的界面是其两侧原 5m热处理后，镍和铁扩散距离均增加，约为 子相互扩散的主要通道。宏观上，根据菲克第一定 20m,铁和镍的原子半径分别为0.172mm和 律，保温时间长，物质的扩散通量增加，扩散唯象理 0.162m原子尺寸差为15%时才有可能发生间隙 论认为宏观扩散现象是微观上大量原子迁移的统计 扩散[)，因此铁和镍很难发生或者不能发生间隙扩 行为，宏观扩散结果表现为过渡带变宽，因此，热处 散，具有面心立方结构的金属，其扩散机制主要为 理更有利于界面处合金化过程的进行，促进了涂层 空位扩散机制)].950℃保温时，过渡带与钢基体 与基体之间良好的结合，从而提高结合界面的强度， 均为面心立方结构，因此涂层中镍和基体中铁的扩 结合界面处的析出物会影响界面的结合强度 散机制主要为空位扩散机制.从热力学角度考虑， 为了识别析出物的类型，对图2中箭头所指的析出 高温下金属中的空位浓度较高，金属原子的活性较 物进行了EPMA线扫描，如图5所示.根据图中各 大，与空位相邻的金属原子很容易进入空位而使原 元素峰的强度变化可以得出界面上为铁的硼化物，北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 以非均匀形核方式在未溶析出物表面再次析出‚从 而使析出物进一步长大‚最终获得了如图 2（ｂ）所示 的组织．过渡带变宽的原因可能是‚热处理时间长‚ 界面两侧元素互扩散使界面向钢基体侧移动． 为了识别结合界面附近涂层侧析出物的类型 和过渡带的相组成‚对涂层和热处理后的过渡带 分别进行了 ＸＲＤ分析‚结果如图 3所示．热处理 前后‚涂层均由 γ--（Ｆｅ‚Ｎｉ）、ＣｒＢ、Ｃｒ2Ｂ和 Ｃｒ3Ｃ2等 相组成‚如图 3（ａ）、（ｂ）所示．然而‚在图 2（ｂ）中 并不能很好地区分这些析出物．若要区分这些析 出物‚则需要更为详细的研究．虽然镍基合金中硅 含量较高‚但是涂层热处理前后均没有发现含硅 的相‚它可能以溶质原子的形式固溶于 γ--（Ｆｅ‚ Ｎｉ）相中．过渡带相组成为 γ--（Ｆｅ‚Ｎｉ）、微量 ＣｒＢ 和 Ｆｅ23（Ｃ‚Ｂ）6‚如图 3（ｃ）所示．在图 2（ｂ）中并 没有观察到 ＣｒＢ和 Ｆｅ23 （Ｃ‚Ｂ）6‚原因可能是铁镍 互扩散导致过渡带中铁含量增加使 γ--（Ｆｅ‚Ｎｉ）相 衍射强度增大‚而其他析出物的衍射强度减小．此 外‚析出物数量少且尺寸非常细小可能是另一 原因． 图 3 镍基合金涂层 ＸＲＤ图谱．（ａ） 热处理前；（ｂ） 热处理后；（ｃ） 热处理后过渡带 Ｆｉｇ．3 ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅＮｉ-ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｃｏａｔｉｎｇｓ：（ａ） ｂｅｆｏｒｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；（ｂ） ａｆｔｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；（ｃ） ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅａｆｔｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ 图 4为热处理前、后穿过结合界面的 ＳＥＭ线扫 描图．从图中可以看出‚界面附近主要发生了镍和 铁的扩散．热处理前‚镍和铁扩散距离较短‚约为 5μｍ．热处理后‚镍和铁扩散距离均增加‚约为 20μｍ．铁和镍的 原 子 半 径 分 别 为 0∙172ｎｍ 和 0∙162ｎｍ‚原子尺寸差为 15％时才有可能发生间隙 扩散 ［15］‚因此铁和镍很难发生或者不能发生间隙扩 散．具有面心立方结构的金属‚其扩散机制主要为 空位扩散机制 ［15］．950℃保温时‚过渡带与钢基体 均为面心立方结构‚因此涂层中镍和基体中铁的扩 散机制主要为空位扩散机制．从热力学角度考虑‚ 高温下金属中的空位浓度较高‚金属原子的活性较 大‚与空位相邻的金属原子很容易进入空位而使原 来的点阵位置变为空位‚这种现象在保温过程中不 断发生‚实现原子的迁移．另外‚晶界上原子的扩散 比晶内更易实现‚过渡带与基体的界面是其两侧原 子相互扩散的主要通道．宏观上‚根据菲克第一定 律‚保温时间长‚物质的扩散通量增加．扩散唯象理 论认为宏观扩散现象是微观上大量原子迁移的统计 行为‚宏观扩散结果表现为过渡带变宽．因此‚热处 理更有利于界面处合金化过程的进行‚促进了涂层 与基体之间良好的结合‚从而提高结合界面的强度． 结合界面处的析出物会影响界面的结合强度． 为了识别析出物的类型‚对图 2中箭头所指的析出 物进行了 ＥＰＭＡ线扫描‚如图 5所示．根据图中各 元素峰的强度变化可以得出界面上为铁的硼化物． ·62·