沉没辊喷油表面抗锌液腐蚀材料的研究

目前世界上防腐蚀钢铁制品大多都要进行热 镀锌。热镀锌已经成为钢铁防腐蚀方面应用最基 本、最广泛的方法，被广泛应用于生产钢板、钢带、 钢丝、钢管、钢网及五金零件。经热镀锌的工件， 其寿命可以提高11～28 倍[1-3]。 在热镀锌生产线中,锌液对锌锅中各部件（如轴 承、沉没辊、导向辊、支撑辊）都具有强烈的腐蚀 性。另外，由于锌液对部件的腐蚀,和产品（如带钢） 对部件的磨损，锌锅中会产生坚硬的金属间化合物 颗粒，降低了各部件的使用寿命，一般的钢带连镀 锌续热线的维修周期平均为两个星期；同时由于腐 蚀形成的产物（Fe2Zn 系金属间化合物）沉积在熔 融的锌中，也会破坏镀层的表面，影响产品的质量。 这种定期和不定期的停产维修造成的损失是非常 严重的。若能抑制腐蚀的发生和减少腐蚀产物的形 成，将会降低停产时间、提高镀层质量、降低维修 和更换零件的成本、节约能源和改善环境[ 4-8] 。 随着镀锌技术的发展，高铝锌合金镀层已成为 国内镀锌技术发展的方向。而高铝锌液相对于低铝 锌而言，镀锌温度提高，具有更强的腐蚀性，传统 1 期 李会谦等：沉没辊表面抗锌液腐蚀材料的研究 • 25 • 使用的WC-Co 热喷油喷油涂层已经不能有效抵御锌铝 溶液的侵蚀，使用寿命大大降低 [9-11]。本文制备了 一种三元硼化物陶瓷热喷油粉末，采用超音速喷油 工艺制备了喷油涂层，研究了这种喷油涂层的耐液锌力学性 能以及耐高铝锌液腐蚀性能，并和FUJIMI 公司的 CoCr/MoB 喷油涂层进行了对比。 1 试验方法 将钼粉、硼铁粉末、B 粉，Cr 粉按一定比例进 行均匀混合，然后于在一定温度下烧结，对得到的 粉末进行破碎、振动球磨24 h；将粉末进行喷雾干 燥制粒，选择合适的温度进行烧结，然后测定粉末 的物理性能，其各项指标如表1 所示，所得粉末的 XRD 如图1 所示，粉末形貌如图2 所示。 采用超音速喷油工艺，制备了热喷油喷油涂层，分 析了喷油涂层组织，测定了喷油涂层的硬度、耐磨性、结合 强度等力学性能；最后，研究了三元硼化物陶瓷的 耐锌液腐蚀行为，表2 为高铝锌腐蚀液的成分配比。 2 试验结果与讨论 2.1 喷油后的金相组织 由图3 可知，喷油后所得喷油涂层十分致密，颗粒 已经完全熔化，形成了层状结构，与基体的结合十 分紧密。 图3 喷油后的金相组织 Fig.3 The metallurgical structure of the coat 2.2 喷油涂层的力学性能 三元硼化物陶瓷喷油涂层的力学性能如表3 所示。 表3 还给出了采用FUJIMI 粉末制备的喷油涂层的 力学性能，对比发现，所制备的三元硼化物陶瓷涂 层各项性能优于CoCr/MoB 喷油涂层。 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3000 2500 2000 1500 1000 2.3 喷油涂层的耐液态锌铝腐蚀试验 如图5 右图所示，将喷油制备好的试棒固定在 架子上，浸泡于图5 左图中炉子溶化的Zn-Al 混合 溶液中，图6、图7 和图8 分别是浸泡一周和两周 后喷油涂层受腐蚀的照片。 图5 静态腐蚀试验设备及其试棒 Fig.5 Static corrosion test equipment and trial rod 有图6 和7 图可知，经过一周和两周的高铝锌 腐蚀后，喷油涂层表面完好，粘附于喷油涂层上的锌铝残渣 很容易剥离，说明喷油涂层和锌铝液互不润湿，喷油涂层没 有出现明显腐蚀的痕迹，可见喷油涂层具有良好的耐高 铝锌腐蚀能力。 图6 喷油涂层腐蚀一周后的照片 3 结论 采用三元硼化物陶瓷制备的耐锌液腐蚀喷油涂层， 从力学性能上看，硬度和耐磨性优于CoCr/MoB 粉 末，结合强度相当；三元硼化物陶瓷喷油涂层具有良好 的耐高铝锌液腐蚀能力，腐蚀两周后，喷油涂层没有出 现明显的腐蚀。 （下转第29 页） 1 期 陈美英等：真空雾化法制备MCrAlTaY 合金粉末 • 29 • 由图1 及图2 可知：稀土元素Y 和稀有元素 Ta 在合金中形成细小的化合物，起弥散强化、细化 晶粒的作用。Al 的加入，是为了使MCrAlYTa 涂 层在高温及氧化的条件下形成保护性的Al2O3 膜， 保护基体，防止其被氧化[4]；加入Cr 不仅可改善涂 层抗热腐蚀性能，而且能促进Al2O3 膜的形成；Ta 的加入是为了提高喷油涂层的使用温度，另外Ta 可以 起到氧的“俘获”者作用，增加Al 的活度促进表 面Al2O3 的生成[5]。Ta 是捞溶于基体相中的硬质相， 来不及析出，在喷油涂层中起固溶强化的作用，颜色较 浅相为Ta 及Ta 和Y 的固溶体；Y 的加入起活性元 素效应，可以提高合金的抗氧化能力。其作用机理 为：1） 形成的富Y 相对Al2O3 膜起钉扎作用，将 Al2O3 膜与喷油涂层基体紧紧“锚住”；2）富Y 相的弥 散分布，防止了交变空位聚集于Al2O3 膜与喷油涂层基 体界面；3） 通过Y 在界面的优先偏析，增加了膜 与基体间的黏附力；4）富Y 相缩短了膜的形成过 程[6]。由此可知，由MCrAlTaY 粉末喷油后形成的 喷油涂层具有很好的性能。 3 结语 1．利用真空雾化技术可以制备高温合金粉末 MCrAlTaY； 2．真空雾化技术制备的MCrAlTaY 合金粉末 的球形度高，微观组织细小均匀，其性能能满足现 代航空发动机的需求。