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304不锈钢涂层结构耐磨耐腐蚀

作者:admin 发布时间:2021-08-13 09:12:49点击:

在镁合金基体上冷喷涂(CGDS)纯金属铝、铁、锌涂层或2681高温铝合金涂层可有效提高基体的耐磨性和耐腐蚀性能,冷喷涂纳米WC-Co涂层可替代传统的耐磨性和耐腐蚀性能。耐腐蚀硬铬涂层。与热喷涂相比,冷喷涂可以防止由于喷涂温度低导致的涂层氧化、晶粒长大和相变,同时没有影响热量的热影响区。涂层和基材。因此,冷喷涂在制备耐磨耐腐蚀涂层方面具有广泛的应用潜力。

不锈钢是一种常用的耐腐蚀材料,通过在碳钢表面镀上不锈钢,具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性能优良等优点,在实际生产和应用中具有重要意义。目前关于在碳钢表面制备不锈钢coating的报道很少,所采用的制备工艺主要是热喷涂,其中激光熔覆和高速电弧喷涂可以实现冶金,部分结合有害相成本低,喷涂效率高,操作方便,适应性强,但由于制备温度高,存在热影响区,氧化明显,易产生颗粒。生长和相变极大地限制了它们的广泛应用。相比之下,冷喷涂可以消除上述诸多缺点,在制备不锈钢防腐涂层方面优势明显。为此,本研究采用冷喷涂技术在表面形成304 不锈钢涂层,对IF 钢的显微组织性能、耐磨性和耐腐蚀性能进行了研究。

1 次测试

1.1 涂层的制备

基材为4mm厚的IF钢板。涂层材料为304不锈钢粉末,平均粒径为25um,拉伸分布如图1所示。

冷喷涂涂层采用德国CGT3000空调动力喷涂系统制造,喷涂温度550,喷涂压力3.0MPa,喷涂距离25mm,送粉量1.0L/min。

1.2 涂层结构和性能表征

304不锈钢涂层用碳化硅砂纸用1500砂纸打磨,抛光腐蚀,然后用MEF-3金相显微镜和JSM-5600LV扫描电子显微镜(SEM)观察组织。

CS300电化学工作站用于测试涂层和基材的耐腐蚀性能。苛性碱溶液是用去离子水和纯NaCl 制备的3.5%(质量分数)NaCl 溶液,用于分析。电化学腐蚀试验采用三电极体系,饱和甘汞电极为参比电极,通过电位扫描测量极化曲线。扫描速率为1.0 mV/s,环境温度分别为25 C 和45 C。使用JSM-56001.V扫描电子显微镜观察电化学腐蚀后涂层的结构,并使用XRD-6000 X射线衍射仪进行涂层的物相分析。

使用UTM-2 摩擦磨损测试仪来测试涂层和基材的抵抗力。耐磨试验载荷10N,单向行程5mm,摩擦时间30分钟,环境温度20。磨副为5mm GCr15钢球,采用无润滑干摩擦磨损试验。用扫描电镜观察摩擦磨损后冷喷涂涂层的形貌。

2 结果与讨论

2.1 涂层形貌和相结构

图2 显示了304 不锈钢涂层的横截面SEM 形状。从图2可以看出,涂层致密多孔,厚度比较均匀,平均厚度为145um。 

图3为304不锈钢粉末、冷喷涂304不锈钢coating和电化学腐蚀(腐蚀温度25)的XRD谱。比较图3A和3B,可以看出冷喷涂过程中没有氧化或相变,但发生晶格变形和晶粒细化。比较图3B和图3C可以看出,304不锈钢涂层的电化学腐蚀产物为奥氏体和铁素体,没有出现新的腐蚀产物。

2.2 涂层的电化学腐蚀性能

图4 显示了基材和304 不锈钢涂层在25C 和45C 下的电化学极化曲线。拟合得到相应的自腐蚀电位、腐蚀电流密度和腐蚀速率见表1。结果表明,冷喷涂304不锈钢涂层的自腐蚀电位高于基体,腐蚀电流密度和腐蚀速率低于基体。耐腐蚀性比那个好。有效提高IF钢的耐蚀性。如图4b 所示,基体的腐蚀电流密度最初低于304 不锈钢涂层,但随着腐蚀时间的增加,该值远高于304 不锈钢涂层。这是因为304不锈钢涂层钝化,基体主动溶解造成的。

304不锈钢涂层在电化学腐蚀过程中发生明显钝化,45C的腐蚀电流密度始终高于25C的腐蚀电流密度(见图4b),腐蚀速率也远高于25C C。 C(见表1)表明304不锈钢涂层的耐腐蚀性能随温度升高而降低。 HOVE技术制成的不锈钢涂层的自腐蚀电位约为-0.4 V,低于本次试验测得的-0.315 V和-0.228 V,说明冷喷涂不锈钢涂层的耐腐蚀性能技术表明它们是相同的。制备了比HOVF更好的同类涂层。

2.3 基材和涂层的腐蚀方式

图5 显示了基材和304 不锈钢涂层在25 C 下的腐蚀模式。如图5所示,基体腐蚀均匀且严重,而涂层表面光滑,仅有少量小腐蚀坑。 304不锈钢在含Cl的溶液中易发生点腐蚀,在电化学腐蚀过程中涂层表现出明显的钝化(见图4)。因此,钝化膜破裂后,很容易渗入溶液中活性小半径的Cl-,导致304不锈钢涂层贴合或颗粒形成涂层时产生较大的塑性变形,导致在高密度涂层中,出现位错,Cl-易侵入,引起点蚀。冷喷涂层是由粒子之间通过冲击产生塑性变形的机械结合形成的,发生点蚀后,粒子间的结合力降低并脱落,形成如图5所示的小腐蚀坑。

2.4 基材与涂层的摩擦阻力

测试结果表明,基材和304不锈钢涂层材料的摩擦系数分别为0.5489和0.1625,说明在与:相同的条件下,304不锈钢涂层材料的耐磨性要好得多。的基板。

摩擦磨损后基体和涂层的形貌如图6所示。如图6所示,板的磨损痕迹宽度为420-450um,比较干净,比较均匀,由于涂层材料表面不平整,表面没有形成干净的磨损痕迹。虽有面,但凸出部分磨损,宽度200-260um,磨损量明显小于底座。母材和304不锈钢涂层的磨损失效模式都是磨粒磨损机制。大凹槽出现在基材中,但不在涂层中。也是304不锈钢涂层的耐磨基材。此外,304不锈钢涂层在摩擦磨损后未发现微裂纹或裂纹,表明冷喷涂304不锈钢涂层在摩擦环境条件下不易发生断裂和开裂。

冷喷涂304不锈钢涂层的摩擦系数为0.1625,低于304不锈钢在干磨损条件下的0.47,说明耐磨性大大优于304不锈钢。

冷喷涂颗粒在喷涂过程中发生塑性变形和沉积。涂层上后续颗粒的压缩、冷锻效应和内压应力增加了冷喷涂涂层的硬度,从而提高了涂层的密度和质量。硬度与耐磨性的关系,磨粒磨损是磨损失效的主要形式:W=tanxL/H表明,高硬度是冷喷涂304不锈钢涂层耐磨性好的主要原因。它也是一种相对冷喷涂工艺,与其他喷涂工艺相比具有巨大优势。

3 结论

(1)冷喷涂304不锈钢涂层与原304不锈钢粉末相比,无氧化,无相变,涂层致密,厚度均匀。在冷喷涂过程中,涂层晶格发生扭曲,晶粒细化。

(2)冷喷涂304不锈钢涂层,有效提高IF钢母材的耐腐蚀性能,涂层电化学腐蚀产物为奥氏体和铁素体,未出现新的腐蚀产物。

(3)随着腐蚀温度的升高,304不锈钢涂层的腐蚀电流密度和腐蚀速率增大,涂层的耐腐蚀性能下降。

(4)冷喷涂304不锈钢涂层在同等条件下的耐磨性大大优于304不锈钢和基础IF钢。磨损机制然而,较大的凹槽出现在基础IF 钢中,而不出现在304 不锈钢涂层中。


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