论文部分内容阅读
模具是工业生产的基础工艺装备,而模具技术是衡量一个国家产品制造水平的重要标志,直接影响着产品质量、成本和加工效率。热作模具钢是模具工业中非常重要的钢种之一,通过模具表面技术提高热作模具的使用寿命具有重大的经济意义。本文采用电弧喷涂技术在H13钢表面制备FeCrAl涂层及其复合涂层。利用金相显微镜、扫描电镜(附带EDS)、X射线衍射仪和显微硬度计等试验设备分析了涂层的显微组织及显微硬度等性能。研究了后热处理对涂层微观组织和显微硬度的影响,以及涂层试样的抗高温氧化性能、抗热震性能和抗铝熔蚀性能,并对两种FeCrAl-Al复合涂层进行了研究。研究结果表明:1)电弧喷涂FeCrAl涂层的显微组织呈典型的层状结构,组织较致密,无明显大孔隙,层状颗粒之间存在少量氧化物膜和气孔。FeCrAl涂层主要含Fe-Cr固溶体和少量A2O3。涂层的孔隙率约为10%,厚度范围230~500μm,显微硬度为270HV0.5。2)热处理对FeCrAl涂层的组织和孔隙率、显微硬度有着显著影响。涂层中有Fe2O3氧化物和AlFe相生成;涂层的孔隙率随热处理温度升高先降低后增大;退火热处理可使涂层组织分布均匀,而由于氧化程度较大导致显微硬度提高。3)FeCrAl涂层的抗高温氧化性能优于H13钢,因为涂层中的Cr形成了Cr2O3为主的致密保护层。而H13钢在680℃氧化100h后表面产物主要是Fe2O3,其疏松性不阻碍氧化反应快速进行。4)FeCrAl涂层具有良好的抗热震性能,而热处理对抗热震性能的改善是有利的。涂层和基体热物理性能的差异导致在冷热循环中涂层内部产生较大的热应力,同时氧化加剧,最终导致了涂层的剥落。5)H13钢在熔融AC4C铝液中发生熔损时,表面生成两层Fe-Al金属间化合物,其熔损过程由扩散主导。静态熔损条件下,FeCrAl层通过避免铝液与钢的直接接触、减缓金属间化合物的生成及Fe向化合物的扩散过程来提高H13钢的熔损抗力。6)分别制备FeCrAl/Al和FeCrAl/热浸镀Al复合涂层。两种涂层都含有Al和AlFe相。FeCrAl/Al层间主要是机械结合,热处理使Al向内层扩散,反应生成金属间化合物FeAl3,扩散过程封闭了部分孔隙。FeCrAl/镀Al层间发生冶金结合,热处理使Al发生扩散并导致金属间化合物层扩展,因氧化铝的生成涂层抗高温氧化性能更佳。