武現(xiàn)朋 鄭小平* 田亞強 陳連生
(華北理工大學(xué),河北 唐山063009)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步,金屬合金材料的種類在日漸增加,可是多數(shù)金屬合金材料的防腐性能欠佳,容易受到外界各種環(huán)境因素的影響。眾所周知,鋼鐵材料在金屬材料之中是應(yīng)用最廣泛常見的,鋼鐵材料在冶金、建筑、交通、機械、航空航天、海洋工程等等方面都是使用最多的,可是鋼鐵材料的不耐腐蝕性往往會帶來嚴重的經(jīng)濟損失,因此熱噴涂技術(shù)作為一種實用性強、防腐性能良好的經(jīng)濟高效的防腐蝕技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。熱噴涂技術(shù)制作的涂層可以有效防止熔融鋅液腐蝕,避免鍍鋅生產(chǎn)過程中對鋼鐵材料的腐蝕[3-5]。
碳化鎢涂層采用HV-80 型超音速火焰噴涂設(shè)備在Q195 上制備而成,所用熔融鋅液是鍍鋅余液。
將5.1mm×5mm×100mm 碳化鎢涂層試樣分別沒入420℃、450℃、480℃鋅液以每秒一周成6cm 直徑圓形進行轉(zhuǎn)動,模擬流動鋅液狀態(tài)下的腐蝕,重復(fù)30 次后取出,待碳化鎢試樣恢復(fù)室溫后,重復(fù)上述實驗,分別進行觀察總腐蝕時間為1h的碳化鎢組織變化和受冷熱沖擊性,分析流動熔融鋅液狀態(tài)下溫度及腐蝕時間對碳化鎢涂層的組織與性能影響。
將腐蝕后的涂層試樣利用電火花線切割機切割成5.1mm×5mm×8mm 的長方塊,以碳化鎢涂層的截面當(dāng)作制備金相的表層面,用鑲嵌機進行鑲嵌,將鑲嵌好的試樣依次經(jīng)過400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#砂紙進行打磨,直至涂層表面沒有明顯劃痕為止,接著使用拋光機進行機械拋光(使用粒度為2.5μm 的金剛石噴霧拋光劑),然后將拋好的金相試樣洗凈、吹干。
將制作完成的涂層試樣在聚焦離子束場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)下進行分析,觀察涂層的組織變化,并用掃描電子顯微鏡附帶的能譜(EDS)分析涂層的相成分組成。
圖1 是420℃鋅液流動腐蝕1h 之后WC-12Co 涂層截面的組織形貌。從圖中可以看出,涂層的表層區(qū)域沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡,孔隙也沒有增長的情況,1h 時間內(nèi)鋅元素的含量有所增加,并且可以從圖中明顯看到有亮白色的物質(zhì)生成。W 與C 的含量相對比較平穩(wěn),沒有過大的起伏情況,Co 也沒有大的變化,依舊主要分布在粘結(jié)相區(qū)域。相較于未腐蝕前時,動態(tài)腐蝕涂層內(nèi)部鋅元素的含量增加,孔隙有所擴大。
圖2 是450℃鋅液流動腐蝕1h 之后WC-12Co 涂層截面的組織形貌。從圖中可以看出,涂層的表層區(qū)域有出現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡,孔隙也變得密集起來且有增長的情況,相較于420℃動態(tài)腐蝕時,鋅元素的含量沒有明顯的變化,碳元素的含量有了大的起伏變化,當(dāng)碳多的時候,鎢元素的含量就有所下降,可能是由于熔融鋅液腐蝕的緣故,讓鎢與鋅發(fā)生反應(yīng),且自由擴散到了鋅液之中,從而降低了鎢的含量,而碳元素也就相應(yīng)的有所增加,鈷的含量相較于1h 動態(tài)腐蝕時明顯的下降減少了,應(yīng)該是生成了鋅鈷合金。
而480℃鋅液流動腐蝕1h 之后,相較于420℃、450℃動態(tài)腐蝕時,鋅元素的含量沒有明顯的變化,碳元素出現(xiàn)密集區(qū),而鎢的含量沒有過大的起伏變化。在孔隙周圍出現(xiàn)大量的亮白色物質(zhì)W2C,說明熔融鋅液通過孔隙向周邊腐蝕,從而在孔隙附近出現(xiàn)大量的亮白色物質(zhì),鈷的含量有嚴重的下滑區(qū),說明大片的孔隙形成的原因是粘結(jié)相鈷被熔融鋅液腐蝕反應(yīng)生成金屬間化合物,粘結(jié)相的消失讓涂層中的塊狀相無法相互鏈接,從而形成大量的孔隙。雖然只是在孔隙周圍發(fā)生腐蝕,可是孔隙的增加,必然會導(dǎo)致更多的熔融鋅液流入孔隙之中,從而加快腐蝕涂層的速度。出現(xiàn)大量碳元素聚集,應(yīng)該是鎢與鋅發(fā)生反應(yīng)且自由擴散到了鋅液之中,從而在降低了鎢的含量的同時,也增加了碳元素的聚集。
3.1 熔融鋅液溫度越高,對碳化鎢涂層的組織影響越大,鎢、鈷元素的含量越低。
3.2 溫度提升到450℃后鋅液流動腐蝕1h,涂層內(nèi)的鋅元素不在增加。