AC-HVAF制备FeB/Co金属陶瓷涂层及其耐Zn熔体腐蚀性能的研究

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目前,金属材料的腐蚀问题已成为全球性重点问题。热浸镀锌技术是防止金属材料发生腐蚀的最有效、最直接的手段之一。设备用材的耐蚀性与耐磨性是热浸镀锌行业发展的最大瓶颈。本文采用烧结破碎法制备了三种不同Co含量的FeB/Co金属陶瓷喷涂粒子;通过活性燃烧高速燃气喷涂工艺(AC-HVAF)制备了三种FeB/Co金属陶瓷涂层;研究了Co含量对FeB/Co金属陶瓷涂层的孔隙率、硬度、结合强度、抗热震性能、磨粒磨损性能等的影响;探讨了Co含量、腐蚀时间、腐蚀温度对涂层耐蚀性能的影响,并分析了涂层在静态Zn熔池中的失效机理。具体工作内容如下:第一,以FeB为耐蚀相,Co为粘结相,采用烧结破碎法制备了三种不同Co含量的金属陶瓷喷涂粒子。主要步骤包括:粉末气流粉碎、湿法球磨混粉、真空干燥、粉末差热分析、粉末烧结、烧结胚体破碎与筛分等。实验结果表明:在相同烧结工艺下,随着Co含量的提高,喷涂粒子的致密度增加,粒度宽度变窄。其中,FeB-17Co喷涂粒子最致密,粒度分布宽度最窄。第二,采用AC-HVAF设备,以316L不锈钢为基体,在相同工艺参数下制备了FeB-8Co、FeB-12Co、FeB-17Co三种金属陶瓷涂层。实验结果表明:喷涂粒子的沉积率随着Co含量的增加先增加后降低。其中,FeB-12Co涂层最厚。第三,测试了不同Co含量的三种涂层的孔隙率、硬度、结合强度、抗热震性能、磨粒磨损性能。实验结果表明:随着Co含量的提高,涂层的孔隙率降低,涂层的硬度先提高后降低,涂层与基体的结合强度提高。由于Co含量为8 wt.%时,涂层孔隙率高,导致涂层能承受的变形容积大,涂层的抗热震性能最好。相比FeB-12Co涂层,FeB-17Co涂层具有更好的抗热震性能。三种涂层均表现出优异的耐磨粒磨损性能,和316L不锈钢基体相比,涂层的耐磨性提高10倍以上。第四,研究了Co含量、腐蚀时间、腐蚀温度对FeB/Co金属陶瓷涂层耐Zn熔体腐蚀性能的影响,并分析了涂层在Zn熔体中的失效机理。实验结果表明:FeB/Co金属陶瓷涂层与Zn熔体的润湿性很差,因而具有良好的耐蚀性能。Co含量、腐蚀时间、腐蚀温度对涂层的耐蚀性能具有重要影响。相比FeB-8Co、FeB-17Co涂层,FeB-12Co涂层具有最佳的耐蚀性能。随着腐蚀时间的延长,涂层中的微观裂纹逐渐演变为宏观裂纹,涂层的腐蚀速率加快。随着Zn熔体温度的提高,熔体与涂层的润湿性增强,涂层的腐蚀区域更加均匀化且腐蚀速率加快。涂层中的孔洞等缺陷易成为裂纹源,在热喷涂过程中保留的残余应力与锌液的热应力作用下,腐蚀沿着裂纹进行并生成(Co,Fe)Zn13相。随着涂层内部的粘接相逐渐被腐蚀,涂层发生剥落并漂移到熔池中,最终导致涂层失效。
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