低碳鋼表面等離子噴涂復合涂層的耐腐蝕性能研究

陳光+++王毅+++張益民+++劉小東

摘 要：文章以150-400目Fe450和15-45μm的WC-10Co-Cr4為熱噴涂粉末，采用大氣等離子噴涂技術，分別以兩種不同的工藝參數制備復合涂層，分別編號為Fe1、Fe2、WC1、WC2。借助掃描電子顯微鏡，分析了四種涂層的顯微形貌，并且對四種涂層的耐腐蝕性能進行了對比。試驗結果表明，WC2涂層的耐腐蝕性能最高，WC1涂層的耐腐蝕性能最低，耐腐蝕性能從高到低順序為WC2>Fe1>Fe2>WC1。

關鍵詞：大氣等離子噴涂；WC-10Co-Cr4；耐腐蝕性能

1 概述

隨著科技和工業的不斷發展，金屬工具被廣泛使用，隨之出現的金屬腐蝕問題也越來越嚴重，對材料性能的要求也越來越高，腐蝕是指材料和各種不同的環境間發生的化學、電化學和物理作用而導致材料功能受到損傷的現象。特別是在工業革命以后，隨著現代航空、海洋技術的不斷發展，對金屬腐蝕和防護的要求比以往時期都備受重視[1]。據統計，每年由于腐蝕而不可修復使用的設備和金屬材料相當于金屬年產量的25%，而且金屬材料是一種不可再生資源，對解決金屬腐蝕問題已刻不容緩[2]。

2 實驗材料和方法

試驗基體材料使用的Q235鋼，試樣尺寸為90mm×40mm×4mm，文章先整體噴涂制備涂層，然后再用線切割制備成20mm×20mm×4mm的板樣用于金相觀察、硬度測試和耐腐蝕實驗。噴涂材料粉末WC-Co10Cr4由成都大光熱噴涂材料有限公司提供，其噴涂參數如表1。

3 實驗結果分析

3.1 涂層組織分析

圖1、圖2分別為WC-10Co4Cr和Fe450兩種粉末在兩種不同噴涂工藝參數下制備的涂層在顯微鏡下放大200倍的顯微組織圖像。從圖1中WC1和WC2的形貌圖可以看出，WC-10Co4Cr粉末在兩組噴涂工藝參數下制備的涂層都有較多的孔隙，而且WC1孔隙明顯多于WC2涂層孔隙，這可能是由于WC1噴涂電流（650A）小于WC2噴涂電流（700A），導致WC1涂層粉末熔化率低于WC2熔化率，粉末熔化不充分，撞擊基體時會形成密閉空間，導致粉末噴涂過程中所攜帶的氣體不能及時溢出。WC1和WC2涂層中都沒有大的孔洞出現。從圖2Fe1和Fe2的形貌圖中可以看出，Fe450粉末在兩種噴涂工藝參數下制備的涂層有明顯的層狀結構，涂層孔隙都較少，Fe2涂層孔隙稍多于Fe1涂層孔隙，兩種涂層中均有少量大的孔洞出現，顯微形貌圖無明顯差別，由此可知，改變電流噴涂參數對Fe450復合涂層的組織沒有明顯的影響。

3.2 涂層的耐腐蝕性能分析

圖3為Fe1、Fe2、WC1、WC2涂層在3.5%的NaCl溶液中腐蝕的動電位極化曲線，從圖中可以看出，四種涂層的動電位極化曲線的走勢基本一樣，電流密度都是先下降，經過一段平緩電流密度的變化，然后迅速上升。WC-Co10Cr4涂層在陽極的電流密度變化無明顯減緩，由此可以WC-Co10Cr4粘結相Co基本無陽極鈍化行為發生。

4 結束語

（1）涂層顯微分析表明，Fe450粉末所制備的兩種涂層內部致密均勻，Fe2涂層有少量孔洞，WC-10Co4Cr粉末所制備的兩種涂層都非常致密均勻，涂層無明顯分層，沒有大的孔隙和孔洞，粒子熔化狀態很好，涂層和基體結合緊密，結合處沒有裂紋，粗糙度小。（2）電化學實驗測試結果表明，四種涂層都沒有出現陽極鈍化現象，自腐蝕電流沒有明顯的減緩現象，WC2涂層的自腐蝕電位最高，為-0.893V，WC1涂層的自腐蝕電位最低，為-0.911V，Fe1的自腐蝕電位為-0.896V，Fe2的自腐蝕電位為-0.910V，耐腐蝕性能從強到弱依次為WC2>Fe1>Fe2>WC1。