[发明专利]通过低温等离子体提高321不锈钢抗高温氧化性的方法

说明书

本发明提供了一种通过低温等离子体提高321不锈钢抗高温氧化性的方法，将321不锈钢材料切割后打磨并抛光，清洗干燥后得到预处理样品；将预处理样品置于低温等离子体中进行处理，在样品表面原位生长出致密的纳米级氧化膜，即得到抗高温氧化性提高的321不锈钢样品。本发明可以有效提高321不锈钢的长期抗高温氧化性，同时具有工艺操作简单、成本低、金属表面无损的特点。

技术领域

本发明属于材料腐蚀与防护领域，具体涉及一种通过低温等离子体提高321不锈钢抗高温氧化性的方法。

背景技术

321不锈钢作为一种奥氏体耐热不锈钢，因具备优良的耐腐蚀性能及综合力学性能被广泛用作航空器、排气管、锅炉汽包等需要承受高温、高压的零部件，其服役温度最高可达到800℃。321不锈钢中含有较高含量的铬(～18wt.％)，高温服役过程中，合金表面会氧化形成一层致密的氧化铬层从而对基体进行有效保护。由于应用环境日严苛刻复杂，长期服役过程中氧化膜中会形成Fe-Cr尖晶石纳米颗粒，恶化了氧化铬层的稳定性，严重制约321不锈钢的高温服役，造成巨大安全隐患。目前，常见的提高不锈钢高温抗氧化性的方法有合金化、表面涂层以及表面纳米化，但它们各自均存在一定的局限性。对于合金化，添加的抗氧化元素含量过高时，会严重降低基体的力学性能，如高温蠕变性能；表面涂层法如激光熔覆、PVD、CVD等，由于制备的膜层与基体热胀系数不匹配，在高温服役过程中膜基界面间应力大，将导致氧化层开裂、脱落；表面纳米化存在着成本高，技术难度大的等问题，其应用受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过低温等离子体提高321不锈钢抗高温氧化性的方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明可以有效提高321不锈钢的长期抗高温氧化性，同时具有工艺操作简单、成本低、金属表面无损的特点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

通过低温等离子体提高321不锈钢抗高温氧化性的方法，包括：

将321不锈钢材料切割后打磨并抛光，清洗干燥后得到预处理样品；

将预处理样品置于低温等离子体中进行处理，在样品表面原位生长出致密的纳米级氧化膜，即得到抗高温氧化性提高的321不锈钢样品。

进一步地，所述切割具体为：将321不锈钢材料线切割成块体。

进一步地，所述打磨及抛光具体为：打磨至5000目砂纸，使用直径1.5μm氧化铝研磨膏进行抛光。

进一步地，所述清洗具体为：依次采用丙酮、酒精和去离子水进行超声，每一步超声时间不少于3min。

进一步地，所述将预处理样品置于低温等离子体中进行处理，具体为：将预处理样品放入到双介质阻挡放电反应器的两介质板间，通过反应器中产生的低温等离子体对预处理样品进行处理。

进一步地，所述低温等离子体由空气电离产生，所述空气湿度控制在40％以下。

进一步地，采用低温等离子体处理的过程中，输入电流控制在1.6-1.9A，处理时间为0.5-1.9h，介质板间隙为6.1-7.9mm。

进一步地，还包括：对抗高温氧化性提高的321不锈钢样品放在大气中进行高温氧化测试。

进一步地，所述高温氧化测试具体为：在温度为600-800℃下，进行20-500h恒温氧化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1)本发明通过低温等离子体对321不锈钢进行处理，在表面原位生长出纳米级金属氧化物薄膜，与合金表面的自然氧化膜相比，由于该氧化膜更高的致密性与稳定性，能够降低氧气以及Fe、Cr、Ni等阳离子在高温下的热扩散，进而有效降低合金氧化速率。