Επιφανειακές κατεργασίες μετάλλων με χρήση στερεάς και ρευστοστερεάς κλίνης

Abstract

In the present study, a theoretical and experimental investigation of a metal surface treatment technology, the Chemical Vapour Deposition with use of a Pack Bed (PBCVD) and a Fluidised Bed (FBCVD), has been examined. The adequate protection of the metals surfaces is achieved by deposition of coatings which provide corrosion protection. Four main areas of surface treatments of metals have been studied: I. Aluminide coating formation on substrates of Ni, Fe, Fe-15Cr with use of the high temperature Fluidised Bed Chemical Vapour Deposition (FBCVD). II. Aluminide corrosion protective coatings on substrates of Ni, Fe, Inconel 738, NiCr23Fe and SS 304, with use of the low temperature Fluidised bed Chemical Vapour Deposition (FBCVD). III. Multielement corrosion protective coating formation on substrates of Ni and Fe with use of the one-step, high temperature Pack Bed Chemical Vapour Deposition (PBCVD), leading to Al-Cr-Hf/Y coatings. With use of the one-step, high temperature Fluidised Bed Chemical Vapour Deposition (FBCVD) leading to Al-Cr coatings, as well as with use of the two-step low-high temperature Fluidised Bed Chemical Vapour Deposition (FBCVD) process, leading to Al-Cr coatings. IV. Aluminide coatings on substrates of Mg and Mg alloys with use of the Pack bed Chemical Vapour Deposition (PBCVD) and Fluidised Bed (FB), as well as with immersion in aluminium suspension (slurry process). The theoretical investigation has shown that all of these fermentations can lead to coating formation that provides corrosion protection. The experimental results have shown that the formation of such coatings with the used methods is capable. The experimental weaknesses have been appointed, as well as the confines of these processes. Finally, the formed coatings have been evaluated, according to their characteristics, such as the substrate-coating adherence, the coating thickness, the uniformity, chemical composition, hardness, roughness and behavior in corrosive environments. Mathematical models have been proposed, based on the theoretical and experimental results. These models permit the prediction of the coating development, according to the experimental conditions. The predictions are in satisfactory agreement with the herein presented experimental results, also with these of other researchers.

Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε η θεωρητική και πειραματική διερεύνηση της τεχνολογίας επιφανειακής κατεργασίας μεταλλικών υλικών, που βασίζεται στη διεργασία Χημικής Εναπόθεσης Ατμών (CVD - Chemical Vapour Deposition) με χρήση Στερεάς Κλίνης (PBCVD) και Ρευστοστερεάς Κλίνης (FBCVD). Η προστασία των μετάλλων επιτυγχάνεται με την εναπόθεση επιστρωμάτων, τα οποία έχουν σκοπό να παρέχουν αντιδιαβρωτική προστασία στα υλικά. Μελετήθηκαν τέσσερις επιμέρους διεργασίες: I. Διεργασίες σχηματισμού αλουμινιούχων επιστρωμάτων σε υποστρώματα Ni, Fe, Fe-15Cr με τη μέθοδο FBCVD υψηλών θερμοκρασιών, στην περιοχή των 1000 °C. II. Διεργασίες σχηματισμού αλουμινιούχων αντιδιαβρωτικών επιστρωμάτων σε υποστρώματα Ni, Fe, Inconel 738, NiCr23Fe και SS 304, με τη μέθοδο FBCVD χαμηλών θερμοκρασιών, στην περιοχή των 600 °C. III. Διεργασίες σχηματισμού πολυσυστατικών αντιδιαβρωτικών επιστρωμάτων σε υποστρώματα Ni και Fe με τη μέθοδο PBCVD με διεργασία ενός σταδίου υψηλών θερμοκρασιών (Al-Cr-Hf/Y) και με τη μέθοδο FBCVD με διεργασία ενός σταδίου υψηλών θερμοκρασιών (Al-Cr) καθώς και χαμηλής - υψηλής θερμοκρασίας δύο σταδίων (Al-Cr). IV. Διεργασίες σχηματισμού αλουμινιούχων επιστρωμάτων σε υποστρώματα Mg και κραμάτων του με τις μεθόδους PBCVD και FBCVD, καθώς και εμβάπτισης σε αλουμινιούχο αιώρημα ακετόνης. Η θεωρητική μελέτη έδειξε πως όλες οι διεργασίες αυτές μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό επιστρωμάτων, τα οποία παρέχουν αντιδιαβρωτική προστασία. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν πως ο σχηματισμός τέτοιων επιστρωμάτων με τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν είναι εφικτός. Προσδιορίστηκαν οι πειραματικές αδυναμίες και τα όρια των διεργασιών αυτών. Τέλος, αξιολογήθηκαν τα σχηματιζόμενα επιστρώματα ως προς τα χαρακτηριστικά τους, όπως η συνάφεια με το υπόστρωμα, το πάχος, η ομοιομορφία, η χημική σύσταση, η σκληρότητα, η τραχύτητα και η συμπεριφορά σε διάβρωση. Από τα αποτελέσματα της θεωρητικής και της πειραματικής μελέτης, προτάθηκαν κάποια μαθηματικά μοντέλα τα οποία επιτρέπουν την πρόβλεψη της ανάπτυξης των επιστρωμάτων, ανάλογα με τις εκάστοτε πειραματικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών βρίσκονται σε αρκετά καλή συμφωνία με τα πειραματικά, ακόμη και εκείνα άλλων ερευνητών.