摘 要

Q235钢含碳量适中，具有良好的综合力学性能，是一种应用较为广泛的钢铁材料。然而，Q235钢在使用过程中容易被氧化，在具有腐蚀介质的环境中容易被腐蚀。为了提高 Q235 钢表面的耐腐蚀性和硬度等性能，本研究采用机械合金化的方法在Q235钢表面制备Ni-Cr-Al涂层。研究了球磨工艺参数对涂层宏观形貌、显微组织结构及耐腐蚀性能的影响，同时对涂层的形成机理进行了分析。结果表明，球磨时间较高，Q235钢表面涂层的厚度较厚，达到7h后，涂层厚度不再增加，显微硬度较高，耐腐蚀性能较差，球磨时间较短，钢表面的涂层厚度较薄，显微硬度较低，其硬度性能得不到改善，耐腐蚀性能较好。在较大的转速下，涂层的厚度较厚，显微硬度较高，耐腐蚀性能较差，在较小的转速下，涂层厚度较薄，显微硬度较低，耐腐蚀性能较好。

关键词：Q235钢；机械合金化；Ni-Cr-Al涂层；耐蚀性

Study on Preparation and Corrosion Resistance of Mechanically Alloyed Ni-Cr-Al Coating on Q235 Steel Surface

Abstract

Q235 steel has moderate carbon content and good mechanical properties. It is a widely used steel material. However, Q235 steel is easily oxidized during use and is easily corroded in a corrosive medium. In order to improve the corrosion resistance and hardness of the Q235 steel surface, a Ni-Cr-Al coating was prepared on the Q235 steel by mechanical alloying. The effect of ball milling process parameters on the macroscopic morphology, microstructure and corrosion resistance of the coating was studied. The formation mechanism of the coating was also analyzed. The results show that the ball milling time is relatively high, Q235 steel surface coating thickness is thick, 7h, the coating thickness no longer increases, the microhardness is high, the corrosion resistance is poor, the ball milling time is short, the steel surface coating The layer thickness is thin, the microhardness is low, the hardness performance is not improved, and the corrosion resistance is good. At higher speeds, the thickness of the coating is thicker, the microhardness is higher, and the corrosion resistance is poorer. At a lower speed, the coating thickness is thinner, the microhardness is lower, and the corrosion resistance is better.

Keyword: Q235 steel; mechanical alloying; Ni-Cr-Al coating; corrosion resistance

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究的意义与背景 1

1.2机械合金化及机械合金化表面涂覆 1

1.3机械合金化表面涂覆研究现状分析 2

1.4研究目的及主要研究内容 3

1.4.1 研究目的 3

1.4.2主要研究内容 3

第二章 实验材料、设备与方法 5

2.1 实验材料 5

2.2实验设备与装置 5

2.3 Q235钢表面Ni-Cr-Al涂层的制备工艺及方法 6

2.4试样分析设备及方法 6

第三章 球磨时间对Ni-Cr-Al涂层的影响 9

3.1涂层宏观形貌分析 9

3.2 涂层物相组成分析 10

3.3 球磨时间对涂层显微组织的影响 10

3.4 球磨时间对涂层性能的影响 13

3.4.1显微硬度分析 13

3.4.2耐蚀性分析 14

3.5小结 15

第四章 球磨转速对Ni-Cr-Al涂层的影响 16

4.1涂层宏观形貌分析 16

4.2 球磨转速对涂层显微组织的影响 16

4.3 球磨转速对涂层性能的影响 19

4.3.1显微硬度分析 19

4.3.2耐蚀性分析 20

4.4经济性分析 21

4.5小结 22

第五章 结论与展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1课题研究的意义与背景

在航天、航空、武器、动力机械等一些特定行业的具体应用中，Q235钢基板受到高温空气侵蚀和严重机械磨损。Q235钢表面上镀覆高硬度的铬可以一定程度地改善其表面性能，例如硬度，耐磨性等，并且可以显著提高Q235钢的抗高温性能 ^[1]。从以往的研究人员的实验及其文献中，可以发现，刚开始的电镀铬技术存在一些工艺上的问题，在操作过程中排放的气体等非常容易污染环境，并且以这种方法制备的镀层覆盖能力较弱，镀层效果不理想。以此发展不成熟的工艺制备的试样，镀层与钢之间没有原子之间的结合，只是单纯的粘接，粘接面处的结合力不强，在一些操作环境下容易脱落，比如高温，高强度的机械作业，严重影响镀层材料的使用寿命，最终导致工件过早脱落然后失效^[3]。

机械合金化这个方法从出现到现在，发展迅速，以固态的形式直接使得多种金属粉末结合制成合金，在如今这个新材料快速发展的时候，机械合金化在材料的生产与结合方面起到了很重要的作用^[4]。机械合金化在航空航天、航空、天然气、化工等诸多工程项目广泛使用，这些工程都是大型项目，并且操作环境通常在高温高压条件下，在此条件下很容易腐蚀^[5]，一旦器械遭到腐蚀损坏后果不堪设想。因此，在这些重要器械上制备涂层就至关重要^[6]，这可以更好地保护工件，使操作环境更安全还能保护财产。还有一些机械设备在潮湿、多变的环境中工作，因此磨损和腐蚀是这类机械的主要失效模式。据统计，由于磨损、腐蚀等失效形式的存在，将大量资金投入到机械设备中，提高材料的耐磨性和耐腐蚀性是科技工作者关注的热点之一^[8]。

本实验课题的研究内容主要包括Q235钢表面机械合金化Ni-Cr-Al涂层的制备；利用光学显微镜、扫描电镜制对涂层组织进行分析，研究Ni-Cr-Al涂层的力学性能及耐腐蚀性能。根据所得实验数据提出Q235钢表面机械合金化Ni-Cr-Al涂层的制备的工艺改进措施，并通过实验加以验证。

1.2机械合金化及机械合金化表面涂覆

机械合金化(Mechnical Alloying，简称为MA)是一种不加催化剂，直接在固态形式下，受到机械力的作用而制备出新材料的方法^[9]。该方法来自Benjamin^[10]的实验，刚开始用来制备镍基合金^[11]，然后制备非晶^[12]、准晶^[13]、耐火材料^[14]等新材料，还有之后的稀土硬磁性合金^[15]等。在1990，Schlup^[16]和他人共同发表了文章，通过机械合金化的方法来制备纳米晶材料，这使得该技术更具吸引力。自那时以来，人们对机械合金化制备纳米晶材料进行了大量的研究^[17]。现在合金化反应的机理和爆炸反应机理基本上类似于原子扩散，这主要因为合金体系形成热不一样^[18，19]。

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