1.2  研究现状与发展

目前国内外对钢铁性能的研究和开发更多的偏向于提高防腐蚀性能上。美国在经济学、耐腐性等方面对Ni-Cu-P系的低合金钢的性能进行了充分的测试，制成了耐海洋飞溅区腐蚀的钢材；日本则从焊接性、经济性及耐蚀性等方面测试了耐海水腐蚀钢的性能，如为了扩大钢板桩的使用领域,着重提高焊接性及可加工性能,制备了独特的 Cu-Cr-Mo、Cu-Cr-P、Cu-Cr-Al-P系列耐海水腐蚀钢；为了降低生产成本,将价格较高的添加元素Ni替换为Cr；为了进一步提高耐蚀性,考虑了Ni-Cu-P或Cr以外的其它合金元素,如添加Ti、Nb、Co、Mo、Al等元素对耐蚀性能的影响[2]。在国内，侯保荣等人为了解决在钢铁防腐蚀过程中极化速度不够的问题，研发了镁铝复合牺牲阳极，同时避免了在极化过程中一般阳极都会出现的使阴极负载过大和损耗较大的问题；中科院海洋所研发了针对海洋浪花飞溅区恶劣腐蚀环境的可带水操作的在役钢结构矿脂包覆腐蚀防护修复技术[3]。钢铁表面处理方法也从经典的热浸镀、电镀、热喷涂发展到扩散镀、金属喷涂（如磁控溅射、等离子喷涂等）。钢铁强度的提升则主要通过氮合金化、表面涂层和控制钢铁内部铁素体的转变来实现。

1.3  钢铁表面渗铝的分类和原理

渗铝的方法主要有热浸镀渗铝、粉末渗铝、熔盐渗铝和喷涂渗铝等，前面两种方法的应用较为广泛。

热浸渗铝法中，首先对钢材进行一定的表面预处理，再将钢材放入熔融后的铝中，保持温度不变，经过一段时间，钢材表面形成Fe-Al合金层后将钢材取出；钢材冷却至室温后再加热至高温状态，进行退火处理，最终钢材表面会出现具有一定厚度的渗铝层。由于热浸渗铝法的工艺、设备简单，操作方便，渗铝温度低，处理时间短，便于进行机械化、自动化生产[2]。

固体粉末包埋渗铝中，将样品包裹在粉末状的渗铝剂内部，再装入密封的特制容器中，经过加热、保温和退火等工艺得到样品表面的渗铝层。这种方法不需要特殊仪器，制备方便，适用于中、小型工件的渗铝，但对处理样品的大小有一定的要求，生产效率不高，劳动条件较差[2]。

熔盐渗铝首先通过熔盐电镀加再进行后续热处理。一般而言，钢在氯化物熔盐体系进行电镀并制备铝镀层，再在一定温度和保温时间下进行热处理扩散，在基体表面制备渗铝层[2]。

热喷涂渗铝是一种通过热喷涂结合热处理扩散方式制备渗铝层的方法。通过利用电弧、等离子喷涂或燃烧火焰作为热源将粉末状或丝状的材料加热到熔融或半熔融状态，然后以一定速度将其喷射到预处理过的基体表面，使之沉积而形成具有各种功能的表面涂层[2]。

1.4  渗铝层的显微组织

在渗铝过程中，工艺参数和流程的改变会影响渗铝层的微观组织形貌。在经过渗铝处理后，钢材表面会出现渗铝层，渗铝层可以更具体的分为更细的扩散层；由图1-1可知，钢铁表面渗铝后会首先出现α固溶体，随渗铝层含铝量的不断升高，会出现一系列的Fe-Al金属间化合物