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。結果表明涂層與基體都有較好的結合性能，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是碳素結構鋼，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，由于其優越的物理性能和化學性能使的它應用于工業以及生活中的許多方面。在一般的情況下，這種鋼不需要經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，先開氧氣讓槍體內的空氣排凈后，打開乙炔。最后點燃即可進行噴涂。

3 實驗結果分析

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。通過觀察可以發現復合涂層與基體之間的過渡層很薄，經過熱處理后熔化消失。復合涂層與基體結合良好沒有出現剝落的現象。涂層的致密度很高、涂層與基體是互相嵌合的結合方式。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，結合方式為機械咬合。涂層組織均勻，內部沒有明顯裂紋和孔隙。可以看出雖然經過火焰噴涂使得涂層的結構更加緊密，但是仍然有許多細小的疏松的空洞，而且，WC含量越高涂層的結構越緊密，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，涂層中可能會出現一些較大的空洞，使得涂層無法得到最優的性能。

經過火焰噴涂以后由于火焰的溫度較高使得基體發生了熱加工過程，基體的組織發生了變化，由圖1（d）結合圖（a/b/c）的涂層照片，可以發現涂層與基體之間的過渡層中有貝氏體，經過火焰噴涂后，由于火焰的淬火作用使得基體的組織發生變化，組織的變化使得基體的性能也發生變化，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，結合更加緊密。能夠有效的減小晶間腐蝕的發生的速度，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現隨著電位的不斷的增加，電流密度也發生了變化。自腐蝕電位E對于試件的腐蝕傾向起著決定性的作用，E為負數時，它的數值越大，試件的腐蝕傾向也就越大，當E為正的數值時，它的結果與E為負數時的結果相反。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，可以發現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 結論

（1）通過觀察涂層與基體的結合界面的微觀結構，發現涂層與基體的冶金結合緊密。

（2）比較三組涂層的微觀結構，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，發現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。