低碳鋼表面火焰噴涂復合涂層的耐腐蝕性能研究

陳光　王毅　楊福東　路新行

摘 要：文章利用火焰噴涂技術在Q235低碳鋼表面制備了不同配比度的Ni基WC-12Co復合涂層，其中它們的配比度分別10%WC-12Co、20%WC-12Co、30%WC-12Co復合涂層，利用金相顯微鏡、電化學分析儀對涂層微觀組織和性能進行分析。結(jié)果表明涂層與基體都有較好的結(jié)合性能，三組涂層與基體相比硬度都有所提高，且30%WC-12Co的涂層的硬度最高。30%WC-12Co的涂層與前兩者涂層和基體相比，電化學腐蝕速度較慢，30%WC-12Co涂層與前兩種涂層相比，孔隙較少，耐腐蝕性較高。

關鍵詞：火焰噴涂；WC-12Co；耐腐蝕性；電化學腐蝕

1 概述

由于低碳鋼具有良好的機械性能，能夠應用于各個行業(yè)的許多方面，因此，如何延長低碳鋼工件的使用壽命，降低腐蝕對低碳鋼的應用有很大的影響，低碳鋼表面火焰噴涂就是其中的一種方法，由于環(huán)境的影響，低碳鋼表面火焰噴涂復合涂層的耐腐蝕性能就有一定的要求：涂層與基體間的結(jié)合強度要高。涂層易脫落，則使得涂層的壽命減小，涂層脫落后對基體的防腐蝕就消失了。由于火焰噴涂的火焰溫度范圍較大，能夠適應各種溫度要求，能夠噴涂許多的合金粉末，操作簡單，能夠在許多環(huán)境下獨立完成，因此火焰噴涂廣泛應用于低碳鋼表面加工。因此，文章對利用火焰噴涂技術在Q235低碳鋼表面制備了不同配比度的Ni基WC-12Co復合涂層，并對其結(jié)果進行了研究和分析。

2 實驗材料和方法

試驗基體材料為Q235鋼，Q235是碳素結(jié)構(gòu)鋼，與舊標準GB700-79牌號中的A3、C3鋼相當，是沿用俄羅斯TOCT的牌號。其鋼號中的Q代表屈服強度。Q235鋼是低碳鋼，由于其優(yōu)越的物理性能和化學性能使的它應用于工業(yè)以及生活中的許多方面。在一般的情況下，這種鋼不需要經(jīng)過熱處理就直接進行使用。噴涂材料為鎳基WC-12Co，將噴涂材料配比成含WC-12Co為10%，20%，30%的混合粉末進行噴涂。

氧乙炔火焰噴涂槍是利用兩根導管，一根連接氧氣一根連接乙炔。粉末罐內(nèi)填裝混合均勻的噴涂粉末材料。利用氧和乙炔氣體的高速流動使得材料粉末被吹到噴涂噴頭處，經(jīng)過火焰的加熱熔化或者半熔化，然后粉末顆粒擊打在涂層表面形成涂層。將配置好的粉末材料充分混合后放入粉末罐中，接通導氣管，先開氧氣讓槍體內(nèi)的空氣排凈后，打開乙炔。最后點燃即可進行噴涂。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 低碳鋼表面火焰噴涂復合涂層試樣的宏觀金相的分析

圖1顯示的是三種Ni基WC-12%Co涂層的截面在金相顯微鏡下形貌。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)復合涂層與基體之間的過渡層很薄，經(jīng)過熱處理后熔化消失。復合涂層與基體結(jié)合良好沒有出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象。涂層的致密度很高、涂層與基體是互相嵌合的結(jié)合方式。交界處不是平整的界面而是為波浪形不平整界面。界面干凈，沒有明顯顆粒物和氧化物夾雜，結(jié)合方式為機械咬合。涂層組織均勻，內(nèi)部沒有明顯裂紋和孔隙。可以看出雖然經(jīng)過火焰噴涂使得涂層的結(jié)構(gòu)更加緊密，但是仍然有許多細小的疏松的空洞，而且，WC含量越高涂層的結(jié)構(gòu)越緊密，而且由于火焰噴涂不好控制，使得涂層的性能無法得到最大保障，因此，涂層中可能會出現(xiàn)一些較大的空洞，使得涂層無法得到最優(yōu)的性能。

經(jīng)過火焰噴涂以后由于火焰的溫度較高使得基體發(fā)生了熱加工過程，基體的組織發(fā)生了變化，由圖1（d）結(jié)合圖（a/b/c）的涂層照片，可以發(fā)現(xiàn)涂層與基體之間的過渡層中有貝氏體，經(jīng)過火焰噴涂后，由于火焰的淬火作用使得基體的組織發(fā)生變化，組織的變化使得基體的性能也發(fā)生變化，基體的強度有所提高。由于組織的變化使得基體得到細晶強化使得基體的晶粒更加細小，結(jié)合更加緊密。能夠有效的減小晶間腐蝕的發(fā)生的速度，從而增強工件的耐腐蝕性。

3.2 耐電化學腐蝕的性能分析

由圖2中試樣的電化學腐蝕曲線的五個圖中可以發(fā)現(xiàn)隨著電位的不斷的增加，電流密度也發(fā)生了變化。自腐蝕電位E對于試件的腐蝕傾向起著決定性的作用，E為負數(shù)時，它的數(shù)值越大，試件的腐蝕傾向也就越大，當E為正的數(shù)值時，它的結(jié)果與E為負數(shù)時的結(jié)果相反。自腐蝕電流I與金屬試樣的腐蝕速度成正比的關系，即隨著I的增大，試件的腐蝕速度也就越快，隨著I的減小，試件的腐蝕速度也就越慢。通過對比，可以發(fā)現(xiàn)30%WC-12Co的涂層的自腐蝕傾向最小，自腐蝕電流最小，它的耐腐蝕性能較高。

4 結(jié)論

（1）通過觀察涂層與基體的結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合緊密。

（2）比較三組涂層的微觀結(jié)構(gòu)，30%WC-12Co的涂層的裂縫、孔洞較少，具有較好的耐腐蝕性。

（3）通過基體、10%WC-12Co的涂層、20%WC-12Co的涂層、30%

WC-12Co的涂層電化學腐蝕試驗的四組極化曲線的對比分析，發(fā)現(xiàn)30%WC-12Co的涂層的電化學腐蝕速度較低，因此30%WC-12Co的涂層具有較好的耐腐蝕性能。