文 献 综 述

1、课题研究的背景及意义

310S 耐热不锈钢(0Cr25Ni20)为铬镍系奥氏体不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性和耐高温性。主要用于耐高温的炉管材料和大型化肥厂转化炉材料等氧化性气氛的高温场合^[1]。

钢材渗铝是通过化学和物理的方法将铝原子渗入钢材表面形成微合金层，改变钢材的表面化学成分和特性的热处理工艺。渗铝处理可以提高钢材耐氧化性能、耐腐蚀性能和硬度，作为一种简单有效的表面化学热处理工艺得到研究者的关注。

渗铝技术最早出现于19世纪末期，自 1893 出现第一个热浸渗铝专利后，渗铝技术就得到了不断的发展^[2]。美国等工业发达国家在 20 世纪 30 年代对渗铝工艺进行了大量研究，取得了重要成果，并将渗铝技术应用到工业生产中。我国从 20 世纪 50 年代末开始研究渗铝技术^[3]。目前已经研究出的渗铝工艺有：热浸渗铝、热喷涂渗铝、粉末包埋渗铝、料浆渗铝和气相沉积渗铝等。现在化工行业已逐渐推广应用渗铝材料，特别在硫酸行业，应用渗铝钢已取得了明显成效钢材进行渗铝处理后，表面形成的铁铝合金层的耐高温氧化和耐硫化能力好^[4-5]。目前渗铝钢已在石化、电力、航空等行业得到应用^[6-8]。渗铝钢在一些重要项目中具有良好的应用前景，如在国际热核聚变实验堆计划中可以作为阻隔氚渗透层应用在聚变反应堆中^[9]，超临界发电设备中耐蒸汽氧化性优秀的渗铝钢代替铬钢^[10]等。

渗铝钢具有耐高温氧化、耐硫化物腐蚀、耐磨损、易于制造、成本低等特点，但是渗铝工艺仍然存在一些需要解决的问题：如渗铝温度高会使基材的力学性能受到影响；渗铝在高温下进行能耗大、材料利用率低；渗铝过程耗时长、渗铝效率低等。目前研究工作者已经针对上述问题展开研究，开发出多种新型渗铝工艺。未来渗铝钢的研究主要集中在两个方面：一是以解决渗铝温度过高导致基材的力学性能下降、能耗大、材料利用率低、耗时长、渗铝效率低的问题为目的，研究新型渗铝工艺；二是优化改进已有的渗铝工艺，以适合工业应用。

2、粉末渗铝的特点和原理

310S钢的工作环境大多含有腐蚀性气体，可以通过适当的合金化、热处理工艺、表面涂层等方法^[11]来提高合金的抗高温氧化性。310S不锈钢中添加 Al不仅可以改善其耐蚀性，抗高温氧化性，而且可以提高其力学性能。研究表明，Fe-Ni-Cr-Al合金中FeAl、NiAl金属间化合物具有长程有序的特殊结构，因而具有良好的高温性能和抗氧化性^[12~13]。 渗铝工艺方法有许多种，其中应用最为广泛的是固体粉末包埋渗铝法，其特点有^[14]：

（1）铝通过化学反应缓慢渗透并扩散到母材基体内，在母材基体表层形成合金层。这层合金层与基体是一个整体，不会脱落。

（2）采用固体粉末包埋方法加工的渗铝钢机械性能变化不大，可焊性较好。可以进行扩口、弯曲等二次加工。