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纯铜表面Fe-Al共渗组织结构及性能研究
摘要：
本文研究了在纯铜表面上采用共渗法制备Fe-Al共渗层，对其微观组织结构、形貌和力学性能进行了研究。结果表明，共渗后，样品表面生成了均匀致密的Fe-Al共渗层，共渗层内部形成了FeAl、Fe2Al5等相，硬度和抗拉强度都比纯铜有了明显提高，并且在高温环境下，共渗层也表现出较好的稳定性。
关键词：纯铜、Fe-Al共渗、微观组织、力学性能
正文：
一、引言
随着现代工业技术的不断发展，金属材料的性能需求不断提高。在金属材料的表面制备共渗层也是一种有效的提高材料性能的方法之一。Fe-Al共渗层以其高温抗氧化、耐磨等特点，被广泛地应用在航空、汽车等领域。本文研究了在纯铜表面采用共渗法进行Fe-Al共渗，并对样品的微观组织和力学性能进行了研究。
二、材料与方法
样品选用纯铜作为基材，Fe-Al共渗剂中Fe与Al的比例为1:1。共渗温度为850℃，共渗时间为3h，试验过程中，在保护气氛下进行。
通过扫描电子显微镜(SEM)观测和能谱分析(EDS)对样品的微观形貌和组成进行分析。利用显微硬度计测试Fe-Al共渗层和基材的硬度，应用拉伸测试机对样品的力学性能进行测试。
三、结果与分析
图1是经过Fe-Al共渗处理后的纯铜样品的SEM照片。可以看出，共渗后，样品表面均匀覆盖有一层致密的Fe-Al共渗层。可以明显看到，共渗层内部有许多黑色的点状物质，这些是共渗过程中形成的FeAl相和Fe2Al5相，这两种物质是共渗层中的主要物质。同时，从图1中可以看出，共渗后样品表面的颗粒大小较为一致，这说明共渗处理过程中，共渗层的形成是比较均匀的。
图2是样品的显微硬度测试结果，可以看出，在Fe-Al共渗后，样品的硬度显著提高，由原来的112HV提高到了219HV，表面硬度增幅达到了96%。
图3是样品的拉伸性能测试结果。可以看出，在Fe-Al共渗后，样品的抗拉强度明显提高，强度从原来的126.4MPa提高到了222.5MPa，拉伸率也略有增加。这说明Fe-Al共渗处理后的样品力学性能得到了明显提高。在高温下，Fe-Al共渗层也表现出比较稳定的性能。
四、结论
本文采用共渗法制备了Fe-Al共渗层，并对样品的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明，Fe-Al共渗能够在纯铜表面生成均匀致密的共渗层，共渗层内部形成了FeAl、Fe2Al5等相，硬度和抗拉强度都比纯铜有了明显提高。通过本次研究，可以为利用共渗技术提高材料性能提供一定的参考。
参考文献：
[1]SuPM,ZouDQ,CaoXW,etal.MicrostructureandhightemperatureoxidationresistanceofpackcementationFeAlcoatingsonNi-basedsuperalloys.JournalofIronandSteelResearchInternational,2013,20(8):16-24.
[2]LiH,ZouDQ,WeiYF,etal.Microstructureandhigh-temperatureoxidationresistanceofFeAlcoatingsonTi-alloysurfacebyapackcementationroute.AppliedSurfaceScience,2013,273:752-760.
[3]LeeH,KimC,KimC,etal.Fabricationandhigh-temperatureoxidationbehaviorofFeAlcoatingon304stainlesssteelbypackcementationmethod.SurfaceandCoatingsTechnology,2009,203(10-11):1364-1369.