流動狀態下熔融鋅液溫度對WC- 12Co 涂層的組織影響

武現朋 鄭小平* 田亞強 陳連生

（華北理工大學，河北 唐山063009）

隨著科學技術的不斷發展進步，金屬合金材料的種類在日漸增加，可是多數金屬合金材料的防腐性能欠佳，容易受到外界各種環境因素的影響。眾所周知，鋼鐵材料在金屬材料之中是應用最廣泛常見的，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濟損失，因此熱噴涂技術作為一種實用性強、防腐性能良好的經濟高效的防腐蝕技術得到了廣泛應用[1-2]。熱噴涂技術制作的涂層可以有效防止熔融鋅液腐蝕，避免鍍鋅生產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 直徑圓形進行轉動，模擬流動鋅液狀態下的腐蝕，重復30 次后取出，待碳化鎢試樣恢復室溫后，重復上述實驗，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，涂層的表層區域沒有出現明顯的腐蝕痕跡，孔隙也沒有增長的情況，1h 時間內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生成。W 與C 的含量相對比較平穩，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相區域。相較于未腐蝕前時，動態腐蝕涂層內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，涂層的表層區域有出現明顯的腐蝕痕跡，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，讓鎢與鋅發生反應，且自由擴散到了鋅液之中，從而降低了鎢的含量，而碳元素也就相應的有所增加，鈷的含量相較于1h 動態腐蝕時明顯的下降減少了，應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℃動態腐蝕時，鋅元素的含量沒有明顯的變化，碳元素出現密集區，而鎢的含量沒有過大的起伏變化。在孔隙周圍出現大量的亮白色物質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大量的亮白色物質，鈷的含量有嚴重的下滑區，說明大片的孔隙形成的原因是粘結相鈷被熔融鋅液腐蝕反應生成金屬間化合物，粘結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生腐蝕，可是孔隙的增加，必然會導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。出現大量碳元素聚集，應該是鎢與鋅發生反應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，涂層內的鋅元素不在增加。