激光熔覆铁基合金涂层组织与高温腐蚀性能研究

【作者】 王茜； 张峻巍； 李倩； 陈发强； 翟璐璐； 班春燕；

【机构】 辽宁科技大学大学材料与冶金学院； 东北大学材料科学与工程学院；

【摘要】 热镀锌是保护钢铁材料免受腐蚀较为有效的手段,具有工艺简单、成本低等优点。但是熔融锌液对大多数金属材料都具有强烈的腐蚀作用,会使长期在锌液中工作的关键部件如沉没辊、稳定辊等受到严重的腐蚀而过早失效。因此,研究开发新型耐熔融锌液腐蚀材料是现今热浸镀行业急需解决的问题。近些年,研究者们发现Fe-B合金具有较好的耐熔融锌液腐蚀性能,这是因为合金中形成的网状结构Fe₂B硼化物发挥了关键的作用。作者在研究激光熔覆FeCrBSi合金涂层过程中发现,该合金涂层具有跟Fe-B合金相似的组织结构,也是由铁基固溶体基体和硼化物共晶相构成。但与Fe-B合金不同的是,由于FeCrBSi合金中含有相对较高含量的Cr元素,使得其组织中的的硼化物以CrFeB硬质相的形式存在,同时固溶体基体以（Fe,Cr）固溶体的形式存在。同时值得注意的是,激光熔覆凝固过程冷却速度快,相比与铸态Fe-B合金,更易于获得细小而致密的组织,而这样的组织一般具有较好的耐蚀性能。因此,本文利用激光熔覆技术在H13钢基体表面制备了多道铁基熔覆涂层,研究了涂层在熔融锌液中的腐蚀行为,对比了腐蚀前后涂层组织形貌的变化,并讨论了涂层耐锌液腐蚀的机制。通过同步送粉激光熔覆技术在H13钢表面制备了多道铁基合金涂层,涂层致密、无明显缺陷,且与基体结合良好。多道涂层主要由α-（Fe,Cr）固溶体基体,CrFeB和（Fe,Cr）₇C₃相组成,从结合区到涂层顶部依次分布着平面晶、胞状晶、柱状晶、枝晶网络和等轴晶。高温腐蚀试验结果表明,激光熔覆铁基涂层可以有效保护基体免受锌液的腐蚀,这主要与熔覆层的组织结构有关。α-（Fe,Cr）固溶体基体和分布在其周围的CrFeB共晶相共同构成了涂层的典型组织。当锌液与涂层表面接触时,会优先腐蚀α相基体,而基体周围大量分布的耐蚀性较好的CrFeB共晶相则会交织构成立体网络结构,发挥扩散阻挡层的作用,减缓锌液向涂层内部的扩散速度。涂层被腐蚀区域会形成过渡层,随着腐蚀时间延长,过渡层表面及内部会萌生大量显微裂纹,并会在热应力作用下逐渐发生断裂。过渡层的局部脱落和α相基体的腐蚀同时进行,使得涂层腐蚀深度不断增加。更多还原