流動狀態(tài)下熔融鋅液溫度對WC- 12Co 涂層的組織影響

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。

1 試驗材料與方法

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。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 熔融鋅液420℃時對顯微組織的影響

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。

2.2 熔融鋅液450℃時對顯微組織的影響

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 結(jié)論

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。