振动式电脉冲沉积铝化物微晶涂层对Cr5Mo钢高温腐蚀性能的影响

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.03.012 第26卷第3期 北京科技大学。学报 Vol.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 振动式电脉冲沉积铝化物微晶涂层对 Cr5Mo钢高温腐蚀性能的影响 宋洪建”马静2)何业东) 1)中国石化集团金陵石化有限公司，南京210037 2)北京科技大学北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室，北京1000833)河北科技大学材料学院，石家庄050054 摘要采用振动式电脉冲沉积装置在C5Mo钢表面沉积了厚度达100μm的铝化物微晶涂 层.在沉积涂层的过程中，铝电极与工件瞬时接触放电，产生很高的温度，形成了铁铅金属间 化合物涂层：电极瞬时分离，涂层迅速冷却，获得了微晶结构，而且涂层与基体具有冶金结合 600℃空气中氧化200h,600℃流动的99.98%SO2气氛中硫化50h的实验结果和SEM,XRD分 析结果表明，沉积铝化物微晶涂层后C5M0钢的抗氧化、疏化性能均得到大幅度提高， 关键词电脉冲沉积；铝化物涂层；Cr5Mo 分类号TG174.32 Cr5Mo钢具有较好的抗氧化性和热强性， 补镀，可以在现场完成.其不足之处是沉积层表 工作温度可达600℃，因此广泛地应用于石化行 面粗糙、涂层薄、效率低等.本文采用改进的振动 业，如焦化加热炉、常减压装置的加热炉炉管、 式电脉冲沉积装置在Cr5Mo钢表面沉积铝化物 常压塔底、减压塔底、250℃以上的重油管线和阀 涂层，研究其高温氧化、硫化的性能，并探讨其性 门等.随着进口的高硫原油逐年增多，C5Mo炉 能提高的机理 管的高温氧化以及硫化日趋严重，使其使用寿命 大大降低.如何提高其抗高温氧化及硫化性能已 1实验方法 成为石化工业的关键问题5. 采用炉管钢Cr5Mo作为研究材料，试样尺寸 铝化物涂层具有优异的抗高温腐蚀性能，可 为20mm×15mm×3mm,表面用水砂纸打磨至 用于提高C5Mo钢的使用寿命.获取铝化物涂层 600°，试样在去离子水、酒精中超声波清洗吹干 的技术主要有热浸镀、渗镀、热喷涂、气相沉积 后进行铝化物沉积处理. 等.然而，上述技术存在许多局限，如工艺较复 振动式电脉冲沉积装置如图1示.当50Hz的 杂，不能现场处理和进行局部施镀，大多用于处 交流电通过电磁铁的线圈，产生交变的电磁力， 理中小型钢件，对于处理炉管这样的超长管件尤 周期性地吸引固定铝电极的铁板，使铝电极相对 为困难，工程上很难实现. 工件表面发生周期振动接触放电，放电产生高温 电脉冲沉积技术EPD)y是解决上述问题的 等离子体，使铝电极融化并沉积到C5Mo表面形 一条有效途径.它利用高频率电脉冲在金属基体 成涂层，接触放电处在氩气保护之下，可以避免 上沉积电极材料，其实质是一个脉冲电弧微焊接 基体金属和涂层的氧化.铝电极与C5Mo试样之 过程.该技术具有工艺简单，涂层结合力强，沉积 间通过交流焊机和调压器施加30V和35V两种 涂层种类广泛点，适用于局部表面以及各种几何 50Hz交流电压. 形状表面的施镀等优点，且操作简单、灵活，特别 将沉积铝化物涂层试样与空白试样测量表 是对镀铝部件的机械加工切口和焊缝处可实施 面积、称重后，置于石英坩埚中在600℃空气中进 收稿日期2003-10-19宋洪建男，43岁，高级工程师 行200h循环氧化测量，每隔10h将试样取出，冷 *国家自然科学基金(59801002)和中因石化集团金陵石化有 限公司资助项目 却15min,采用精确度为0.01mg的AE240型电子

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 振动式 电脉冲沉积铝化物微晶涂层对 钢 高温腐蚀性能的影响 宋 洪 建 ” 马 静 ’ ， 何 业 东 ” 中 国石 化集 团金 陵石化有 限 公 司 ， 南京 北 京科技大学 北京 市腐蚀 、 磨蚀与表面 技术重 点实验室 ， 北京 河 北 科技大 学材料 学 院 ， 石 家庄 摘 要 采用振 动式 电脉冲沉 积 装 置 在 。 钢 表 面沉积 了厚度 达 脚 的铝 化物微 晶涂 层 在沉积涂 层 的过程 中 ， 铝 电极 与工 件 瞬 时接触放 电 ， 产 生 很 高的温度 ， 形 成 了铁 铝 金属 间 化合物涂层 电极瞬 时分 离 ， 涂层迅速冷 却 ， 获得 了微晶结构 ， 而且涂层 与基体具有冶金 结合 ℃ 空 气 中氧化 ， ℃ 流动 的 气 氛 中硫化 的实验 结果和 ， 分 析 结果 表 明 ， 沉积 铝 化 物微 晶涂层 后 钢 的抗氧 化 、 硫 化性 能均 得 到 大 幅度 提 高 关键 词 电脉冲 沉积 铝 化物涂层 分 类号 。 钢 具 有较 好 的抗 氧 化 性 和 热 强 性〔 ， 工 作温 度 可 达 ℃ ， 因此 广泛 地 应 用 于石 化 行 业 ， 如焦化 加热炉‘， 、 常减压 装 置 的加 热炉 炉 管 、 常压塔底 、 减 压 塔底 、 ℃ 以上 的重 油 管 线和 阀 门等 ，， 随着进 口 的高硫 原 油 逐 年 增 多 ， 。 炉 管 的高温 氧 化 以及硫 化 日趋 严 重 ， 使其 使用 寿命 大大 降低 如 何提 高其抗 高温氧 化及硫 化 性 能 己 成 为 石 化 工 业 的关键 问题刚 铝 化 物 涂 层 具 有优 异 的抗 高温腐 蚀 性 能 ， 可 用 于 提 高 钢 的使用 寿命 获 取 铝 化 物涂 层 的技术 主 要 有 热 浸 镀 、 渗 镀 、 热 喷涂 、 气 相 沉 积 等 然 而 ， 上 述 技 术 存在 许 多局 限 ， 如 工 艺较 复 杂 ， 不 能现 场 处 理 和 进 行 局 部施 镀 ， 大 多用 于 处 理 中小型钢件 ， 对 于处 理 炉 管这样 的超 长 管件尤 为 困难 ， 工 程 上 很难 实现 电脉 冲沉 积 技术 尹 一 是解 决上述 问题 的 一 条 有效途径 它 利用 高频 率 电脉 冲在 金属 基 体 上 沉积 电极材料 ， 其 实质 是 一个脉 冲 电弧 微焊 接 过程 该技术 具 有工 艺 简单 ， 涂层 结合 力 强 ， 沉积 涂层 种类 广 泛 点 ， 适用 于 局 部表 面 以及 各种几 何 形状表 面 的施 镀等优 点 ， 且操作 简单 、 灵 活 ， 特别 是 对 镀 铝 部 件 的机械 加 工 切 口 和 焊 缝 处 可 实施 收稿 日期 一 于 宋洪建 男 ， 岁 ， 高级工 程师 国家 自然 科学基 金 和 中国石 化集 团金 陵石化 有 限公 司 资助项 目 补 镀 ， 可 以在 现 场 完 成 其 不足 之 处 是 沉积 层 表 面 粗糙 、 涂层 薄 、 效 率低 等 本文采用 改进 的振动 式 电脉 冲 沉 积 装 置 在 钢 表 面 沉 积 铝 化物 涂 层 ， 研 究其 高温 氧化 、 硫 化 的性 能 ， 并探 讨 其性 能提 高 的机 理 实验 方 法 采 用 炉 管钢 作 为研 究材料 ， 试 样 尺 寸 为 ‘ ， 表 面 用 水 砂 纸 打 磨 至 ， 试 样 在 去 离子 水 、 酒 精 中超 声波清 洗 吹干 后 进 行 铝 化 物 沉 积 处 理 振动 式 电脉 冲 沉积 装 置 如 图 示 当 的 交 流 电通 过 电磁 铁 的线 圈 ， 产 生 交变 的 电磁 力 ， 周 期性地 吸 引 固定铝 电极 的铁 板 ， 使 铝 电极相对 工件表 面 发生 周 期振动 接 触 放 电 ， 放 电产 生 高温 等 离子 体 ， 使铝 电极 融化 并沉 积 到 表 面形 成 涂 层 接 触 放 电处 在氢 气 保 护之 下 ， 可 以避 免 基 体金 属 和 涂层 的氧 化 铝 电极 与 试 样 之 间通 过 交流 焊机 和 调 压 器 施 加 和 两种 交 流 电压 将 沉 积 铝 化 物 涂 层 试 样 与 空 白试 样 测 量 表 面积 、 称 重后 ， 置 于 石 英增 祸 中在 ℃ 空气 中进 行 循 环 氧 化 测 量 ， 每 隔 将 试样 取 出 ， 冷 却 巧 采用 精确度 为 的 型 电子 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．03．012

Vol.26 No.3 宋洪建等：振动式电脉冲沉积铝化物微晶涂层对C5M0钢高温腐蚀性能的影响 ·273· 天平分别称出试样和坩锅、坩锅的质量，将所得 2实验结果 数据处理后可分别得到试样氧化增重和氧化膜 剥落的动力学曲线.同样，将沉积铝化物涂层试 图2铝化物涂层表面和截面形貌SEM形貌， 样与空白试样测量表面积、称重后置于石英坩埚 由图可知经振动式电脉冲沉积的铝化物涂层呈 中在600℃流动的99.98%S02气氛中腐蚀50h,试 微晶结构，晶粒尺寸小于1m,形成了厚度大约 样随炉升温或冷却，称量硫化前后试样和坩锅、 100μm的涂层，且涂层与基体间结合良好，无明 坩锅的质量，可得到两种试样的硫化增重及剥落 显的界线. 量.采用SEM,EDS和XRD分别观察氧化、硫化 图3为电脉冲沉积铝化物涂层对C5Mo钢的 后表面形貌，分析表面成分和相结构. 600℃氧化动力学的影响.经200h循环氧化， C5Mo试样的氧化增重呈直线上升趋势，沉积铝 Ar气保护管 铜管绝缘垫片 调压器 化物涂层后试样的氧化增重，氧化膜剥落均显著 铁片 Ar- 降低，其中沉积电压为35V试样的氧化速率最 低，氧化200h后其氧化增重仅是空白试样的 线圈 1/11.3,氧化膜剥落是空白试样的1/2.4，可见沉积 220V 铝化物后显著提高了C5Mo合金的抗高温氧化 220V 性能.实验中发现，C5Mo空白试样的氧化增重 虽然很高，但其氧化膜的剥落量却较小，600℃氧 电极试样 化200h的剥落量不到0.15mg/cm2,表面呈黄褐 色；沉积铝化物涂层试样氧化200h后表面微发 图1振动电脉冲沉积装置 黄，但仍有金属光泽， Fig.1 Equipment of vibratile electro-pulse deposition DT.拉0wAD:17em (a)表面形貌 (D)截面形貌 图2铝化物沉积涂层的表面及截面形貌 Fig.2 SEM surface and cross-section morphologies of Cr5Mo specimens deposited with aluminide coating (a)氧化增重曲线 0.36)氧化膜剥落曲线 --Cr5Mo -■-Cr5Mo 月 3 -·-Cr5Mo+AI(30V) 0.2 --Cr5Mo+A1(30V) --Cr5Mo+A1(35V) -▲Cr5Mo+Al(35V) 2 ■ 智 0.1 1 0女 0 40 80120 160200 0 40 80120160 200 氧化时间/h 氧化时间/h 图3在600℃空气中循环氧化200h的氧化动力学曲线 Fig.3 Oxidation kinetics of Cr5Mo specimens with aluminide coating at 600C for 200 h

宋 洪 建 等 振 动式 电脉 冲沉积铝 化 物 微 晶涂 层 对 钢 高温 腐 蚀 性能 的影 响 天 平 分 别 称 出试 样和 增 锅 、 增 锅 的质 量 ， 将 所 得 数 据 处 理 后 可 分 别 得 到 试 样 氧 化 增 重 和 氧 化 膜 剥 落 的动 力 学 曲线 同样 ， 将 沉 积 铝 化 物 涂 层 试 样 与 空 白试 样 测量 表 面积 、 称 重 后 置 于石 英 柑锅 中在 ℃ 流 动 的 气 氛 中腐 蚀 ， 试 样 随炉 升 温 或 冷 却 ， 称 量硫 化 前 后 试 样 和 增 锅 、 增 锅 的质 量 ， 可 得 到两 种试 样 的硫 化增重 及 剥落 量 采 用 ， 和 分 别 观 察氧 化 、 硫 化 后 表 面 形 貌 ， 分 析 表 面 成 分 和 相 结构 气保护管 铜管 绝缘垫片 调压器 又 图 振 动 电脉 冲沉积 装置 · 妞 一 实验 结 果 图 铝 化 物 涂 层 表 面 和 截 面 形 貌 形 貌 ， 由 图可 知 经 振 动 式 电脉 冲 沉 积 的铝 化 物 涂 层 呈 微 晶结 构 ， 晶粒 尺 寸 小于 杯 ， 形 成 了厚度 大 约 娜 的涂 层 ， 且 涂 层 与 基 体 间 结合 良好 ， 无 明 显 的界 线 图 为 电脉冲沉积 铝 化物涂层 对 钢 的 ℃ 氧 化 动 力 学 的 影 响 经 循 环 氧 化 ， 试 样 的氧 化 增 重 呈 直 线 上 升 趋 势 ， 沉 积 铝 化物涂层 后 试 样 的氧化 增 重 ， 氧化膜 剥 落均 显 著 降低 ， 其 中沉 积 电压 为 试 样 的氧 化速 率最 低 ， 氧 化 后 其 氧 化 增 重 仅 是 空 白试 样 的 ， ， 氧 化 膜 剥落 是 空 白试样 的 ， 可 见 沉积 铝 化 物 后 显 著 提 高 了 合 金 的抗 高温氧 化 性 能 实验 中发 现 ， 空 白试 样 的氧 化 增 重 虽 然 很 高 ， 但 其氧 化膜 的剥 落量 却较 小 ， ℃ 氧 化 的剥 落 量 不 到 耐 ， 表 面 呈 黄褐 色 沉 积 铝 化 物 涂 层 试 样氧 化 后 表 面 微 发 黄 ， 但 仍 有 金 属 光 泽 侈夕衣 圆 烙 貌 炙 倾 圆 堆 貌 图 铝 化 物 沉积 涂 层 的表面 及 截面 形 貌 · 一 皿 氧化增重 曲线 一一 一 十 丫 冒 咧 种 霭 氧化膜剥落 曲线 一一 一一 一卜 十 厂 · 一声 内 甲︵息 · ︶啊聊、侧加日 氧化 时 间 氧化 时 间 图 在 ℃ 空 气 中循环氧 化 的氧化 动 力 学 曲线 · 幼 衬

274 北京科技大学学报 2004年第3期 沉积铝化物涂层（沉积电压35V)在600℃S02 化后的表面、截面的SEM形貌.有趣的是Cr5Mo 气氛中硫化50h后的增重为1.301mg/cm2,仅为空 试样氧化200h后表面呈纤维状，紧密排列在合 白试样的1/8.7，剥落量为0.691mg/cm仅为空白试 金表面，其纤维丝宽度均小于100nm,长度不等， 样的1/10.6，表明沉积铝化物涂层对Ct5Mo钢起 最长近10μm,可能是因为空气较为潮湿的缘故. 到了很好的抗硫化作用.C5Mo试样硫化后表面 正是因为空白试样表面生成了氧化物纳米纤维， 形成的膜呈红褐色，发生了整体剥落：沉积铝化 合金的氧化增重虽然较大，而氧化剥落却很小， 物涂层试样硫化后表面完好，并保持明显的金属 这说明纳米氧化物纤维有助于提高合金的抗氧 光泽. 化膜剥落性能.铝化物涂层氧化膜表面的晶粒细 图4是沉积的铝化物涂层在600℃氧化及硫 小，其尺寸小于1m;硫化试样表面晶粒非常细 b (d) 的m Ann阴 图4Cr5M0合金及沉积铝化物涂层在600℃氧化及硫化后的SEM形貌.(a)合金的氧化形貌：b)Cr5Mo合金的放 大氯化形貌：（©，(）沉积铝化物涂层的氧化、硫化后的表面形貌 Fig.4 SEM surface morphologies after oxidation and sulfuration at 600C:(a)uncoated specimen after oxidation;(b)hight magnification of(a);(c)aluminide coating specimen after oxidation;(d)aluminide coating specimen after sulfuration 小，形成了纳米结构，氧化及硫化后均无剥落的 1500 1000 1,2(@铝化物涂层氧化 痕迹. 500 1,2 121 图5为Cr5Mo合金和沉积铝化物涂层在 04 2000 3,4 600℃氧化、硫化后的XRD分析结果，可以看到， b)Cr5Mo合金氧化 1000 ,4 Cr5Mo合金试样氧化后表面氧化膜主要由FeO, 0 3,43,443,43 和CrO构成；而沉积铝化物涂层氧化200h后， 1200「 800 1,21 (c)铝化物涂层硫化 表面的分析结果主要为FeAI和FeAl,这说明沉 400 1,21.21 积铝后表面生成了铁铝金属间化合物，其抗氧化 20 40 60 80 100 性能优异，生成的氧化膜极薄，没有测出明显的 20/() 峰，但按理论分析生成的氧化膜应是A1O:沉积 图5Cr5Mo合金和铝化物涂层氧化、硫化后的XRD 铝化物涂层硫化50h后，表面的分析结果主要含 1.Fe3Al;2.FeAl;3.Fe,O,;4.CrO, FeAl,FeAl及少量的CrzO,表明沉积铝化物涂层 Fig.5 XRD spectra of the specimens after oxidation and sul- 后避免了灾难性硫化的发生， furation at600'℃

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 沉 积 铝 化 物涂 层 沉 积 电压 在 ℃ 气 氛 中硫 化 后 的增 重 为 ，， 仅 为 空 白试 样 的 ，剥落量 为 留 耐 仅 为 空 白试 样 的 ， 表 明沉 积 铝 化 物 涂层 对 钢 起 到 了很 好 的抗硫化 作用 试 样硫 化 后 表 面 形 成 的膜 呈 红褐 色 ， 发生 了整 体剥 落 沉 积 铝 化 物涂 层试 样硫 化后 表面 完好 ， 并保持 明显 的金 属 光 泽 图 是沉 积 的铝 化 物 涂 层 在 ℃ 氧 化 及 硫 化后 的表 面 、 截 面 的 形 貌 有 趣 的是 试 样 氧 化 后 表 面 呈 纤 维 状 ， 紧 密 排 列在 合 金 表 面 ， 其 纤维 丝 宽度 均 小于 ， 长 度 不等 ， 最长 近 林 ， 可 能是 因为空 气较 为潮湿 的缘故 正 是 因为 空 白试样表 面 生成 了氧 化物纳米纤维 ， 合 金 的氧 化 增 重 虽 然 较大 ， 而 氧化 剥落 却 很 小 ， 这 说 明纳 米 氧 化 物 纤 维 有 助 于 提 高合 金 的抗 氧 化膜 剥落 性 能 铝 化物 涂 层氧化 膜表 面 的 晶粒 细 小 ， 其 尺 寸 小 于 沮 硫 化 试 样 表 面 晶粒 非 常 细 图 。 合金及 沉积 铝 化物 涂 层在 ℃ 氧 化 及 硫 化后 的 形 貌 合 金 的氧 化 形貌 合金 的放 大 氧 化 形 貌 ， 沉积 铝 化物 涂 层的氧 化 、 硫化 后 的表面 形 貌 · 而 抓 肠 小 ， 形成 了纳米 结 构 ， 氧 化 及 硫 化 后 均无 剥 落 的 痕迹 图 为 巧 。 合 金 和 沉 积 铝 化 物 涂 层 在 ℃ 氧 化 、 硫 化 后 的 分 析 结 果 可 以看 到 ， 合 金试 样氧 化后 表 面 氧 化膜 主 要 由 和 几 构成 而沉 积 铝 化 物 涂 层 氧 化 后 ， 表 面 的分 析结 果 主 要 为 伪 和 ， 这 说 明沉 积 铝 后表 面 生成 了铁铝 金 属 间化 合 物 ， 其抗氧 化 性 能优 异 ， 生成 的氧 化 膜 极 薄 ， 没 有 测 出 明显 的 峰 ， 但 按 理 论 分 析 生 成 的氧化 膜 应 是 沉 积 铝 化物涂 层硫 化 后 ， 表 面 的分 析 结 果 主 要 含 八 ， 及 少量 的 乃 ，， 表 明沉积 铝 化 物 涂 层 后 避 免 了灾难 性硫 化 的发 生 《了〕 口闷 口 铝化物涂层氧化 ， ， ， 合金氧化 ， ， ， ， ， 铝化物涂层硫化 ， 图 。 合 金 和 铝 化物涂 层氧 化 、 硫化 后 的 】 舜 ·

Vol.26 No.3 宋洪建等：振动式电脉冲沉积铝化物微晶涂层对C5M0钢高温腐蚀性能的影响 ·275 3讨论 知，细化晶粒可以促进合金内部溶质元素的扩 散，降低铝化物涂层发生选择氧化生成AO,膜 传统的电脉冲沉积技术1采用RC直流脉冲 所需铝的临界含量，有利于形成保护性的AlO 电源，通过调整脉冲电源的电容和电阻，可改变 膜，因此铝化物微晶涂层的抗氧化及硫化性能优 RC线路固有频率和单脉冲放电的能量，从而获 异 得各种涂层.然而在沉积涂层的同时，脉冲放电 使基体和涂层发生熔化飞溅，沉积效率较低，获 4结论 得的涂层较薄，试样质量往往呈负增长趋势.由 于铝容易氧化，沉积铝化物涂层更难获得较厚的 (1)振动式电脉冲沉积技术比传统的电脉冲 涂层，即使经过改进所生成铝化物涂层厚度也只 沉积技术的沉积效率高，可以在C5Mo合金表面 有20m左右， 获得了厚度为100m以上，与基体冶金结合的微 本研究采用的振动式电脉冲沉积方法利用 晶铝化物涂层. 电磁铁线圈产生电磁力，周期性地吸引固定铝电 (②)振动式电脉冲沉积铝化物涂层方法简单， 极的铁板，使铝电极相对工件表面发生周期振动 操作方便，沉积效率高，可以适用于在各种工况 接触放电，放电产生高温等离子体，使铝电极融 条件，是提高合金高温氧化和硫化性能的一条有 化并沉积到C5Mo表面形成涂层.电源采用一般 效途径. 的50Hz交流电源，通过交流焊机和调压器即可 (3)涂层具有优异的抗高温氧化及硫化性能. 实现，电焊机在降低电压的同时允许有较大的 较厚的涂层有效地提高了涂层的寿命：涂层的微 电流通过，因此单脉冲的能量很高：且操作中有 晶结构促进了选择氧化的发生，生成一层很薄的 氩气保护，避免了铝化物涂层沉积过程中的氧 AO,膜，是抗氧化及硫化性能优异的根本原因. 化，因而可以沉积较厚的铝化物涂层，而且沉积 参考文献 效率高. 1李波.C5Mo钢管的焊接U.广西工学院学报.2001 实验结果表明，振动式电脉冲沉积铝化物涂 (4)77 层方法简单，操作方便，沉积效率高，采用普通的 2王领，李德俊，王富岗，等.焦化加热炉1C5Mo炉管 交流焊机和调压器，可以适用于在各种工况条件 运行状况分析).石油化工设备技术，2002,23：41 下沉积铝化物，是获得铝化物涂层的有效途径. 3陈峰，余力军，李凤先等，焦化加热炉炉管失效原因 采用振动式电脉冲在Cr5Mo钢表面沉积铝 分析[).理化检验一物理分册，2001(2)：76 化物涂层，600℃高温氧化和硫化后表面仍呈金 4黄学东，乐精华.高温阀门用ZGCr5Mo和ZGCr9Mo 性能分析[刀.阀门，2002,2：13 属光泽，均无明显的剥落，具有优异的抗氧化及 5郭宏伟，江栋，杨世东.C5Mo热浸渗铝炉管在焦化 疏化性能，其原因有如下三方面： 装置加热炉中的应用[J】石油工程建设，2000(4)：17 (1)振动式电脉冲沉积可以获得高达100μm 6马同显.Cr5Mo浸渗铝炉管在焦化加热炉中的应用 的铝化物涂层较厚的涂层，且生成的铝化物涂层 ].石油化工腐蚀与防护，1999,16(4)：36 与基体之间无明显的分界，涂层与基体为冶金结 7张剑坡，郭毅藏.大港常减压装置的腐蚀与防护措 合，这种涂层可以为形成A1O膜提供充足的铝 施[.腐蚀与防护，2003,7：317 源，有效延长涂层的寿命 8齐慧滨，张剑峰，王德仁等.Cr5Mo锅炉钢电脉冲沉 积铝涂层的氧化行为).材料保护，2000(11)：36 (2)电脉冲沉积在工件和电极之间瞬间放电， 9黄祖芬，何业东，王德仁等，电脉冲沉积铝化物及铝 可达非常高的温度，将铝和铁熔化，并生成铁铝 化物一Y0,涂层[).中国稀土学报，2001(4少：150 金属间化合物.由于铁铝金属间化合物具有较高 10庞洪梅，何业东，齐慧滨，等.高频电脉冲沉积铝化 的抗高温氧化和硫化性能，表面上发生选择氧化 物微晶涂层的氧化行为[)金属学报，2000(9)：975 形成了一层很薄的AO,膜，因此抗氧化及硫化 11 LiZ W,Gao W,Yoshihara M,He Y D.Improving oxida- 性能优异 tion resistance of Ti,Al and TiAl intermetallic compounds (3)沉积铝化物涂层时铝电极与工件瞬时接 with electro-spark deposit coatings [J].Mater Sci Eng A, 触放电，瞬时冷却，冷却速度很高，因此获得的涂 2003,A347:243 层为微晶结构.由Wagner的合金氧化理论a,可 12 Li Z W,Gao W.He Y D.Protection of a Ti3Al-Nb alloy by electro-spark deposition coating [J].Scripta Mater

、 一 宋 洪 建 等 振 动 式 电脉 冲沉积 铝 化物 微 晶涂 层 对 钢 高温 腐 蚀 性 能的 影 响 ， 讨 论 传 统 的 电脉 冲 沉 积 技 术 ‘ 一 采用 直 流脉 冲 电源 ， 通 过 调 整 脉 冲 电源 的 电容 和 电阻 ， 可 改变 线路 固有 频 率和 单 脉 冲 放 电的 能量 ， 从 而 获 得 各 种涂 层 然 而 在 沉 积 涂层 的 同 时 ， 脉 冲 放 电 使基 体 和涂 层 发 生熔 化 飞溅 ， 沉 积 效 率较低 ， 获 得 的涂 层 较薄 ， 试 样 质 量 往 往 呈 负增 长 趋 势 由 于铝 容 易氧 化 ， 沉 积 铝 化 物涂层 更难 获得 较厚 的 涂层 ， 即使经 过 改进 所 生 成 铝 化 物涂层 厚度 也 只 有 林 左 右 本 研 究采 用 的振 动 式 电脉 冲 沉 积 方 法 利 用 电磁铁 线 圈产 生 电磁 力 ， 周 期 性地 吸 引 固定 铝 电 极 的铁板 ， 使铝 电极 相对 工件表面 发生 周 期 振动 接 触放 电 ， 放 电产 生 高温 等 离子 体 ， 使 铝 电极 融 化 并沉 积 到 巧 表面 形 成 涂层 电源 采用 一般 的 交流 电源 ， 通 过 交流 焊 机和 调压 器 即可 实 现 ， 电焊 机 在 降低 电压 的 同 时 允许 有 较 大 的 电流 通 过 ， 因此 单 脉 冲 的能 量 很 高 且操 作 中有 氢 气 保 护 ， 避 免 了铝 化 物 涂 层 沉 积 过 程 中 的氧 化 ， 因 而 可 以沉 积 较 厚 的铝 化物 涂 层 ， 而 且沉 积 效 率 高 实验 结果表 明 ， 振 动 式 电脉 冲 沉 积 铝 化 物涂 层 方法 简单 ， 操 作方 便 ， 沉 积 效率 高 ， 采 用 普 通 的 交流 焊机 和 调 压 器 ， 可 以适 用 于在 各种 工 况 条件 下 沉积 铝 化 物 ， 是 获 得 铝 化 物 涂 层 的有 效途 径 采用 振 动 式 电脉 冲 在 钢 表 面 沉 积 铝 化 物涂 层 ， ℃ 高温 氧 化 和 硫 化 后 表 面 仍 呈 金 属 光 泽 ， 均 无 明显 的剥 落 ， 具 有优 异 的抗 氧 化 及 硫 化 性 能 ， 其 原 因有 如 下 三 方 面 振 动 式 电脉 冲 沉 积 可 以获得 高达 卿 的铝 化 物 涂层 较厚 的涂层 ， 且 生成 的铝 化 物涂层 与基体之 间无 明显 的分 界 ， 涂 层 与基体 为冶 金 结 合 ， 这 种 涂层 可 以为 形 成 膜 提 供充足 的铝 源 ， 有效延 长 涂层 的寿命 电脉冲 沉 积在 工件 和 电极之 间瞬 间放 电 ， 可 达 非 常 高 的温 度 ， 将 铝 和 铁熔 化 ， 并 生 成 铁 铝 金 属 间化 合 物 由于铁 铝 金 属 间化 合 物 具 有较 高 的抗 高温 氧化和 硫 化 性 能 ， 表 面 上 发生选 择 氧化 形 成 了一 层 很 薄 的 卜 膜 ， 因 此 抗氧 化 及硫 化 性 能优 异 沉 积 铝 化 物涂 层 时铝 电极 与 工 件 瞬 时接 触 放 电 ， 瞬 时冷却 ， 冷 却速 度很 高 ， 因此 获得 的涂 层 为微 晶结构 由 研厄 的合 金 氧 化 理 论 『， ，可 知 ， 细 化 晶粒 可 以促 进 合 金 内部 溶 质 元 素 的扩 散 ， 降低 铝 化 物涂层 发 生 选 择 氧 化 生 成 ， 膜 所 需 铝 的 临 界 含 量 ， 有 利 于 形 成 保 护 性 的 膜 ， 因此 铝 化 物 微 晶涂层 的抗 氧 化及 硫 化 性 能优 异 结论 振 动 式 电脉 冲 沉 积 技 术 比传 统 的 电脉 冲 沉 积 技术 的沉 积 效率 高 ， 可 以在 。 合 金表 面 获 得 了厚度 为 林 以上 ， 与基 体 冶金 结 合 的微 晶铝 化 物 涂层 振 动 式 电脉 冲 沉 积 铝 化 物 涂层 方法 简单 ， 操 作 方 便 ， 沉 积 效 率 高 ， 可 以适 用 于 在 各种 工 况 条件 ， 是提 高合 金 高温 氧 化 和硫 化性 能 的一 条有 效途径 涂层 具有 优 异 的抗高温 氧 化及 硫 化性 能 较 厚 的涂层 有 效地 提 高 了涂 层 的寿命 涂 层 的微 晶结构促进 了选 择氧 化 的发 生 ， 生成 一 层 很 薄 的 。 膜 ， 是 抗 氧 化 及硫 化 性 能优 异 的根 本 原 因 参 考 文 献 李 波 巧 。 钢 管 的焊 接 阴 广 西 工 学 院学报 王 领 ， 李 德 俊 ， 王 富 岗 ， 等 焦 化 加 热 炉 。 炉 管 运 行 状 况 分析 阴 石 油化工 设备 技 术 ， ， 陈峰 ， 余力 军 ， 李凤 先等 焦 化加热 炉 炉管失效 原 因 分 析 理 化检验－ 物理 分 册 ， 黄学东 ， 乐精华 高温 阀 门用 和 四 性 能分 析 阀 门 ， ， 郭宏 伟 ， 江 栋 ， 杨 世 东 热浸渗 铝 炉管在焦 化 装 置 加 热 炉 中 的应 用 石 油 工 程建设 ， 马 同显 。 浸渗铝 炉 管在焦 化 加 热炉 中 的应 用 石 油化工 腐蚀 与 防护 ， ， 张剑坡 ， 郭毅藏 大港 常减压 装置 的腐蚀 与 防护 措 施 腐蚀 与 防护 ， ， 齐 慧滨 ， 张剑峰 ， 王 德 仁等 锅 炉钢 电脉冲沉 积 铝 涂层 的氧 化 行 为 ， 材料 保护 ， 黄祖芬 ， 何 业 东 ， 王 德 仁等 电脉冲 沉积铝 化物及 铝 化 物－ ， 涂层 中 国稀 土 学 报 ， 庞 洪梅 ， 何 业 东 ， 齐 慧 滨 ， 等 高 频 电 脉 冲 沉积铝 化 物 微 晶涂层 的氧 化行 为 金 属学报 ， ， ， 讯 ， 一 ， ， ， ， 一

·276· 北京科技大学学报 2004年第3期 2001,45:1099 14 Wagner C.Reaktionstypen bei der oxydation von leg 13 Wagner C.Formation of composite scales consisting of ierungen [J].Z Elektrochem,1959,63:772 oxidation of different metals [J].J Electrochem Soc,1956, 11:627 High-temperature Corrosion Behavior of Cr5Mo Steel with Micro-crystalline Aluminide Coating by Vibratile Electro-pulse Deposition SONG Hongjian,MA Jing2 HE Yedong 1)SINOPEC Jinling Petrochemical Corporation,Nanjing 210037,China 2)Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)School of Materials,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang0054,China ABSTRACT A micro-crystalline aluminide coating of 100 um thick was obtained by vibratile electro-pulse de- position on Cr5Mo steel.An Fe-Al intermetallic compound layer forms due to high temperature during instant dis- charging between alumimum electrodes and specimens,micro-crystalline structure is achieved due to the high cool- ing rate during deposition,and the coating bonds with the substrate firmly.The experimential results of oxidation in air for 200h at 600C and sulfuration in flowing 99.98%SO2 for 50 h at 600'C and the analysis of SEM and XRD show that the high temperature oxidation and sulfuration resistances of Cr5Mo steel with aluminide coating are gre- atly improved. KEY WORDS electro-pulse deposition;aluminide coating;Cr5Mo (上接第259页) Numerical Simulation for Thixotropic Filling Process and Filling Pressure Behav- ior during Metal Material Forming YANG Maosheng",LI Shiqi,XU Hong,MAO Weimin,ZHONG Xueyou 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on the behavior of filling pressure during semisolid alloy slurry filling process,a mathematic model of slurry flow coupled with apparent viscosity was established.The filling process and filling pressure of thixotropic Al alloys and steel were simulated.It is demonstrated that the filling pressure gradually increases with the course of the filling,in response to flow resistance and gravity and with a range of 0.12 MPa.Semisolid alloy slurry flows in a stable and laminar-type manner within the range of filling velocity.Compared with thixotropic Al alloys,the high melting point of steel leads to the decrease of filling temperature easily,so the increase of apparent viscosity results in casting defects.The simulation results of filling pressure and the experimental results of semiso- lid brake pump casting show that semisolid casting filled along the radial presents good forming quality. KEY WORDS thixotropic filling;filling pressure;numerical simulation

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 ， 刀 ， ， 研 ， ， 一 权 一 一 口刀 儿 ’ 澎几助叼 五” ， ， ， ， ， 俪 ， ， ， ， 价 ， 一 林 一 一 ， 一 ， 江 狂 迁 一 切 上接第 页 们 入 弃匆 ，礼 ，乙 “ 心礼」创 口 肠 毛 刀口刀召 即 山 ， ， ， 州 们 ， ， ， ， 田了 ， 一 ， ， 切