激光熔覆大厚度鐵基非晶合金的電化學腐蝕特性研究

劉 濤 田 芳 唐秋逸

河海大學機電工程學院

1 前言

非晶合金在強度上具有特殊的優(yōu)勢，其抗沖擊性強，應(yīng)用過程中的耐磨性較好，在高溫環(huán)境相，也能保持良好的抗氧化性，另外其耐腐蝕效果優(yōu)異，同時耐硫化、耐氯。有效研究非晶態(tài)合金的作用以及應(yīng)用方式，可以更為清晰的確定其應(yīng)用領(lǐng)域，保證其具備良好的防護作用，同時保證其良好的物理特性，相關(guān)研究對非晶合金的特性進行了判斷，同時有效的分析了它的相關(guān)制作工藝。

將最低臨界進行記錄以后，可以分析出臨界冷速0.1℃/s，將其厚度進行判斷，厚度為100mm，這也使得非晶材料被廣泛應(yīng)用。

我國學者進行了關(guān)與鐵基非晶態(tài)合金涂層研究，之后進行檢測調(diào)研，最終看出了非晶態(tài)涂層變化，將H2SO4濃度的非晶態(tài)涂層鈍化數(shù)據(jù)進行解讀。通過對比調(diào)研后，可以看出鐵基的良好耐腐蝕特征。進行熔覆技術(shù)解讀，可以看出激光熔覆的使用特點，其冷熱變化明顯且快速。進行更深入的分析多層熔覆鐵基，之后對非晶復(fù)合涂層制作，從而有效的分析涂層特點以及電化學腐蝕數(shù)據(jù)，期間將屬性進行記錄。

2 激光熔覆大厚度鐵基非晶合金的電化學腐蝕研究準備

進行相應(yīng)實驗分析，通常的基本材料使用20G剛，將砂紙表面進行處理，期間并使用丙酮以及乙醇進行分析，做好一系列的去油清洗工作。研究熔覆材料的使用和變化，將其表達特征進行分析，之后使用砂紙完成打磨，打磨過程中需要準備好丙酮以及乙醇等材料[1]。

熔覆材料的具體成分變化較多，期間需要合理利用激光熔覆技術(shù)，將相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用后完成對鐵基非晶涂層的有效制備。期間需要將功率進行控制，合理使用1.6 kW～2.2 kW的CO2激光器，將器械進行調(diào)整，可以將掃描速率以及光斑直徑進行記錄測試。

熔覆面積多，道搭接的相應(yīng)方式合理，搭接數(shù)據(jù)在這個試驗過程實用性較高，使用過程中記錄儀器參數(shù)，之后分析氬氣特征。在這一實驗中，做好惰性環(huán)境實驗檢測。在此之后進行多層熔覆變化分析，測試其厚度，最終數(shù)據(jù)為15mm[2]。

將相應(yīng)的基材進行有效的準備，做好涂層測試以及無定型分析，將樣品進行有效處理，通過水磨的方式完成對樣本的有效修磨。在后續(xù)過程中使用酒精進行清洗，干燥處理以后，完成焊接以及密封。

在腐蝕之前，樣品的工作表面用蒸餾水洗滌，用酒精脫脂并干燥，腐蝕測試中使用CHI600B 的分析儀進行試驗，試驗期間，進行三電機的電勢操作掃描、研究電極屬性，具有特點的電極就是鉑電極，其電極具有良好的輔助特性，保證其應(yīng)用標準性。做好參比電極分析，使用飽和甘汞進行電極參比，后續(xù)過程中，將電極進行研究，分析樣頻特性以及電解液特性，電解液為H2SO4溶液。將溶劑特點進行記錄，溶劑被選做是蒸餾水，溶液則為濃硫酸，濃度被控制在98%。

在后續(xù)過程中，進行化學實驗分析，研究樣品的屬性，使其被有效的浸沒，之后分析極化曲線的測量方式，控制掃描速率。在室溫下測量非晶涂層樣品和基質(zhì)樣品的偏振曲線，然后分別在40、60°和80°C下測量非晶涂層的偏振曲線，它由超聲波清潔器控制。

實驗結(jié)束后，則應(yīng)用XRD-3 分析樣品涂層的特征，控制范圍及角度，為20°～80°，使用EDS 觀察并分析樣品表面的微觀形態(tài)，結(jié)構(gòu)和化學成分。

3 激光熔覆大厚度鐵基非晶合金的電化學腐蝕結(jié)果

3.1 鐵基非晶合金非晶特征的表征

激光熔覆大厚度鐵基非晶合金，擴展的衍射峰出現(xiàn)在約45°，尖銳結(jié)晶變化明顯，分析涂層特征，可以看出其特征中包含了結(jié)晶以及非晶相。分析涂層準備狀況，研究無定型材料的鐵基融化狀況，使得熱量在基材中被有效的傳遞，分析冷卻速率，將涂層厚度變化以及增厚過程進行有序的分析?；牡臏囟戎饾u升高，基于鐵水的非晶態(tài)材料的冷卻速率降低，非晶相的形成效率降低。因此，涂層中更靠近基材的部分的比例形成非晶形相，可以看出涂層內(nèi)存在較高含量的非晶相形。

3.2 鐵基非晶合金極化曲線測試

非晶涂層和基材在不同溫度下的極化曲線。當溫度為20℃時，非晶涂層的自腐蝕電位高于基體，這表明在0.5mol/L H2SO4溶液中非晶涂層的耐蝕性優(yōu)于基體。當溫度升高時，非晶涂層的自腐蝕電位先升高然后降低。在60℃電位下，自腐蝕的電位最高。這表明鐵基非晶物質(zhì)在60℃時具有最高的耐腐蝕性。基于鐵的非晶態(tài)，在5mol/L的H2SO4溶液中，腐蝕電流密度先降低，然后隨溫度升高而略有增加。

記錄腐蝕電流的一些密度變化，溫度逐漸變化，期間形成鈍化膜，使得物質(zhì)更為穩(wěn)定，也將腐蝕過程以及腐蝕期間的反應(yīng)進行有效的控制。腐蝕電流密度逐漸發(fā)生改變，在80℃的狀態(tài)下，也能將鈍化膜的溶解問題進行有效的分析。

非晶涂層特點明顯，腐蝕電位變化明顯，對其特征進行有效分析，可以看出基體屬性，將其進行研究，觀察腐蝕電流的密度變化，精準控制基體腐蝕速率，使得非晶涂層的腐蝕問題被更好的控制。將基體變化量級進行分析，可以準確看出基體的耐腐蝕效果。

觀察XRD圖，看出熔覆層的電化學腐蝕屬性，記錄衍射峰的變化以及位置遷移，可以看出熔覆層的變化和形成，從而對耐腐蝕屬性內(nèi)容進行控制，了解Cr2B 變化以及合金元素變化。元素之間的變化明顯，B以及Cr之間的元素互相反應(yīng)，之后進行彌漫擴散，它在固溶體中，發(fā)揮整體的到彌散強化特征，應(yīng)用作用以及應(yīng)用意義明顯，也起到了控制腐蝕的整體功能。

觀察非晶態(tài)涂層腐蝕前后的射線照片，涂層主要包含Cr0.19Fe0.7Ni0.11和Cr2B，實驗期間需要觀察衍射峰的位置和強度在電化學腐蝕前后的一系列變化方式，分析涂層的組成以及受到破壞的程度，表現(xiàn)出非晶涂層的優(yōu)異抗腐蝕性能、耐腐蝕性。

Cr2B 是固相，是非晶態(tài)合金中元素B 和元素Cr 之間反應(yīng)的結(jié)果，并分散在固溶體中，起到增強分散性和防止腐蝕的作用。鐵和鉻是電負性差異很大的過渡金屬和準金屬，它們易于結(jié)合形成中間化合物，并在抑制腐蝕的發(fā)展中起作用。

4 鐵基非晶合金EDS分析

分析電化學特征以及合金的機體便后，從而更為精準的將其成份進行分析，這有助于研究基體狀況，分析電化學腐蝕期間帶來的相應(yīng)影響?；w存在較為嚴重電化學腐蝕問題，分析腐蝕屬性過程中，可以看出Cr元素表現(xiàn)出的良好耐腐蝕性特點，其耐腐蝕原理來自于表面的氧化膜，氧化膜價值較高，致密性強。在非晶態(tài)組分當中，Cr 元素逐漸變化，元素在被氧化期間，發(fā)生一定的反應(yīng)，形成Cr2O3，表現(xiàn)出良好的致密性，鈍化膜的出現(xiàn)也能做好侵蝕避免，通過氧化膜很好的完成隔離。從而堵塞了陽極，溶解過程導(dǎo)致金屬的溶解速率顯著降低，從而提高了非晶態(tài)合金的耐腐蝕性。

包覆層中Cr 元素的含量對包覆層的抗氧化性具有顯著影響，并且更高含量的Cr元素可以形成更致密且更具保護性的氧化鉻膜。Cr 含量越高，抗氧化性越高，氧化腐蝕的質(zhì)量增益越低，反之亦然。晶體中存在諸如晶界、位錯和偏析的缺陷。在腐蝕過程中，難以形成穩(wěn)定的鈍化膜，其中存在缺陷并且某些元素不均勻，因此它成為腐蝕的初始區(qū)域。

不統(tǒng)一其它的結(jié)晶合金，非晶態(tài)合金的缺點和不均勻特征被很好的補足，在這期間，也保持了鈍化膜的均勻度，使得耐腐蝕性表現(xiàn)的更好，活性更好，從而使得能量穩(wěn)定性良好，活性更好。分析侵蝕性物質(zhì)特點，可以將鈍態(tài)數(shù)據(jù)進行記錄和控制，從中可以看出非晶態(tài)合金的綜合耐腐蝕特性。

5 結(jié)論

在溫度為20℃的常規(guī)環(huán)境下，激光覆熔技術(shù)被很好的應(yīng)用，應(yīng)用過程中，表現(xiàn)除了較好的X射線衍射圖特征，其屬性為非晶屬性。后續(xù)過程中進行電化學實驗，鐵基非晶態(tài)合金的耐蝕性比母材好得多，腐蝕電流密度表明，基底的腐蝕速率較高，從中可以看出非晶涂層的良好抗腐蝕效果。隨著溫度的升高，非晶態(tài)鐵基涂層在硫酸中的腐蝕電流密度先降低，之后逐漸增加，這是由于鐵基非晶質(zhì)材料含有大量的Cr元素，并且易于在非晶質(zhì)涂層的表面上形成致密的鈍化Cr2O3膜，做好了對腐蝕現(xiàn)象的有效抑制。