鋁粉粒徑對等離子熔覆鐵基合金涂層耐腐蝕性的影響

前言

鋁具有一定的化學(xué)活性，與氧發(fā)生反應(yīng)后易形成致密的氧化膜，可有效阻礙樣品的進一步深入氧化，這個過程被稱之為鈍化，起到很好的氧阻斷保護作用，常用作陰極保護材料。在鐵基合金涂層中引入鋁可提高鐵基合金涂層的耐蝕性，因此本文在等離子熔覆鐵基涂層中加入不同粒徑鋁粉，研究其粒徑大小對等離子熔覆鐵基涂層組織形貌及耐蝕性的影響，分析其對熔覆層耐蝕性的影響機制。

試驗原材料

本研究所采用的蠕墨鑄鐵基體材料形貌見圖１，主要組成成分如表１所示。熔覆原材料為Fe310粉末（150-300目），其微觀形貌如圖２所示，粉末以球形形貌為主，粒徑范圍在48-100μｍ，粉末主要成分如表２所示，屬于自熔性不銹鋼粉末。鋁粉純度為99.9％，形貌如圖３所示。

實驗結(jié)果與分析

熔覆層組織及相分析圖５所示為添加不同粒徑鋁粉的鐵基熔覆層的截面整體形貌。熔覆層的厚度約為３ｍｍ，由圖５中可以看出鐵基熔覆層與蠕墨鑄鐵基體有良好的冶金結(jié)合，圖中包含３個部分，分別為熔覆層區(qū)（ＣＺ）、結(jié)合區(qū)（ＢＺ）、基體區(qū)（ＳＺ）。從整體來看添加不同粒徑鋁粉所得到的熔覆層沒有裂紋以及氣孔，鐵基熔覆層有著較好的表觀質(zhì)量。

圖６所示為摻入不同粒徑鋁粉的鐵基粉末等離子熔覆層涂層中部截面顯微組織結(jié)構(gòu)。由圖中可以看出熔覆層中部主要為樹枝晶組織。樹枝晶組織的生成是由于熔覆層冷卻過程中熔池中部散熱性降低，導(dǎo)致其產(chǎn)生較小的溫度梯度，凝固時晶粒的生長方向與散熱方向有直接關(guān)系，因此熔覆層以樹枝晶生長。

圖7為鋁粉粒徑200-300目熔覆層中部的元素點分析。表４為鋁粉粒徑200-300目熔覆層的各點元素質(zhì)量分數(shù)含量。由點１數(shù)據(jù)可以看出黑色相主要包含Al元素和Ｎ元素，由此可以推斷出黑色相可能為AlN。因此在熔覆過程中熔覆粉末中的Al受熱熔化與N2發(fā)生原位合成反應(yīng)生成AlN相。

熔覆層的電化學(xué)性能

表５為不同粒徑鋁粉鐵基熔覆層自腐蝕電位和自腐蝕電流密度。從圖可以看出，加入鋁粉后熔覆層的自腐蝕電位相比于蠕墨鑄鐵基體材料的自腐蝕電位-0.883Ｖ均發(fā)生正向偏移。當(dāng)加入鋁粉的粒徑為100-200目時，熔覆層的自腐蝕電位達到最大為-0.665Ｖ，自腐蝕電流密度達到最小為2.454×10-6Ａ／cm２。自腐蝕電位越大，表明腐蝕反應(yīng)的熱力學(xué)傾向越?。蛔愿g電流密度越小，表明涂層的耐腐蝕性能越好。因此加入鋁粉后熔覆層的耐蝕性得到提升，且隨著鋁粉粒徑的增大，熔覆層的耐蝕性也隨之增強。

圖13為熔覆層加入鋁粉后的反應(yīng)示意圖。由圖可知鋁粉加入熔覆層后，與氮氣發(fā)生原位合成反應(yīng)而生成AlN；并且鋁粉粒徑越大，熔覆層原位合成的AlN粒徑越大；添加的鋁粉粒徑越大，所形成的熔覆層結(jié)構(gòu)越致密，抵擋電解液滲入的能力越強，耐蝕性能也越好。因此熔覆層中生成的AlN顆粒粒徑越大，熔覆層的耐蝕性越強。