Q460 鋼化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的研究

王灼英

（西昌學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，四川 西昌615013）

0 前言

Q460 鋼是建筑業(yè)常用的一種低合金高強(qiáng)度鋼［1-2］。隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，Q460鋼的需求量不斷增加。但Q460 鋼的耐蝕性難以滿足市場(chǎng)需求，需采用新技術(shù)來(lái)提高其耐蝕性［3-4］。本文采用化學(xué)鍍方法在Q460鋼表面制備了Ni-Cr-Y 鍍層，并對(duì)其進(jìn)行了孔隙率、結(jié)合力、耐蝕性和耐磨性測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

基材為Q460鋼，其尺寸為Ф20mm×50mm。采用Q8型臺(tái)式直讀光譜儀和HW2000型高頻紅外硫磷分析儀對(duì)基材進(jìn)行化學(xué)成分分析。分析結(jié)果為：C 0.182%，Si 0.386%，Mn 1.521%，V 0.136%，Nb 0.042%，Ti 0.015%，Al 0.018%，P 0.021%，S 0.017%，Cr 0.612%，Ni 0.623%。

鍍液配方及工藝條件：NiSO4·6H2O 14g／L，NaH2PO2·H2O 9 g／L，CrCl3·6H2O 15 g／L，YCl3·6H2O 0.4g／L，穩(wěn)定劑（水溶性有機(jī)物）2.5 g／L，配位劑（羧酸鹽）75mL／L，pH值（12.3±0.2），裝載量1.2dm2／L，（85±3）℃，15min。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）元素分布

采用SEM6510型掃描電鏡和PDS-100G 型能譜儀對(duì)鍍層進(jìn)行元素分布分析。

（2）孔隙率

采用貼濾紙法測(cè)試鍍層的孔隙率。測(cè)試液由氯化鈉20g／L和鐵氰化鉀10g／L配制而成。

（3）結(jié)合力

采用冷熱循環(huán)法測(cè)試鍍層的結(jié)合力。在220℃中保溫30min后放入20℃的自來(lái)水中急冷，如此循環(huán)5次后觀察鍍層是否有起皮、脫落等現(xiàn)象。

（4）耐蝕性

采用CHI660B型電化學(xué)工作站的三電極體系測(cè)試鍍層的耐蝕性。參比電極為甘汞電極，輔助電極為鉑黑電極，工作電極為試樣制備的電極。電解液為5%的NaCl溶液。試驗(yàn)溫度為室溫，掃描速率為0.001V／s。另外，用SEM6510型掃描電鏡對(duì)試樣的腐蝕形貌進(jìn)行觀察。

（5）耐磨性

采用MMCG-5型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試鍍層的耐磨性。測(cè)試時(shí)，磨輪轉(zhuǎn)速為220r／min，摩擦總轉(zhuǎn)數(shù)為2 200r，磨損載荷為120N，相對(duì)滑動(dòng)速率為90mm／min，冷卻液為0.5%的重鉻酸鉀水溶液，測(cè)試溫度分別為20℃、50℃和200℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 元素分布

Ni-Cr-Y 化學(xué)鍍層的元素分布測(cè)試結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知：該鍍層中的Ni、Cr和Y 元素呈現(xiàn)出彌散分布，各元素較均勻地分布在鍍層中。

圖1 鍍層的元素分布

2.2 孔隙率

采用上述化學(xué)鍍工藝制備了5個(gè)鍍層試樣。孔隙率測(cè)試結(jié)果表明：該工藝的穩(wěn)定性較好，5個(gè)試樣的孔隙率均較小，平均孔隙率為2～3 個(gè)／cm2。可見，Ni-Cr-Y 化學(xué)鍍層的致密性較好。

2.3 結(jié)合力

采用上述化學(xué)鍍工藝制備了5個(gè)鍍層試樣。經(jīng)過5次冷熱循環(huán)后，5個(gè)試樣表面的鍍層均完好無(wú)缺，未出現(xiàn)脫落、拉起等現(xiàn)象。可見，Ni-Cr-Y 化學(xué)鍍層與Q460鋼基材結(jié)合得較好。

2.4 耐蝕性

Q460鋼基材及化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460 鋼的極化曲線，如圖2所示。由圖2可知：與Q460鋼基材相比，化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460 鋼的自腐蝕電位明顯正移，從-0.802V 正移至-0.451V，正移了351mV。眾所周知，金屬材料的自腐蝕電位越正，其耐蝕性越強(qiáng)［5］。由此可以看出，化學(xué)鍍Ni-Cr-Y可以有效地提高Q460鋼的耐蝕性。這主要是因?yàn)镼460鋼表面的Ni-Cr-Y 化學(xué)鍍層起到了良好的鈍化作用，有效地阻止了基體金屬與空氣的接觸，從而顯著地改善了Q460鋼的耐蝕性。

Q460鋼基材及化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460 鋼的腐蝕形貌，如圖3所示。由圖3可知：Q460鋼基材經(jīng)過電化學(xué)腐蝕后，表面出現(xiàn)較多大小不一的蝕坑；而經(jīng)過化學(xué)鍍Ni-Cr-Y的Q460鋼的表面未見明顯的蝕坑，說(shuō)明化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 明顯提高了Q460 鋼的耐蝕性。這與試樣的極化曲線測(cè)試結(jié)果一致。

圖2 試樣的極化曲線

圖3 試樣的腐蝕形貌

2.5 耐磨性

Q460鋼基材及化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460鋼，分別在20℃、50℃和200℃下的磨損試驗(yàn)結(jié)果，如圖4所示。由圖4可知：不管是在20℃、50℃，還是200℃下，與Q460鋼基材相比，化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460鋼的磨損體積均顯著減小，其耐磨性明顯提高。其中，20℃下磨損體積從0.054mm3急劇減小到0.013 mm3，減小了76%；50℃下磨損體積從0.083mm3急劇減小到0.022 mm3，減小了74%；200℃下磨損體積從0.168mm3急劇減小到0.038 mm3，減小了77%。這說(shuō)明化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 明顯地提高了Q460鋼在室溫和高溫下的耐磨性。這主要是因?yàn)殄儗又械腃r元素及Y 元素的復(fù)合作用，使得鍍層在室溫及高溫的磨損過程中能更有效地抵抗摩擦磨損，從而顯著改善Q460鋼的耐磨性。

圖4 試樣在不同溫度下的磨損試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 可以顯著地改善Q460鋼的耐蝕性、耐磨性。

（2）Q460鋼表面的Ni-Cr-Y 化學(xué)鍍層較致密，平均孔隙率為2～3個(gè)／cm2，鍍層與Q460鋼基材的結(jié)合力較好。

（3）與Q460 鋼基材相比，化學(xué)鍍Ni-Cr-Y 的Q460鋼的自腐蝕電位正移了351mV，20℃下磨損體積減小了76%，50℃下磨損體積減小了74%，200℃下磨損體積減小了77%。

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