低碳钢表面火焰喷涂复合涂层的耐腐蚀性能研究

陈光　王毅　杨福东　路新行

摘 要：文章利用火焰喷涂技术在Q235低碳钢表面制备了不同配比度的Ni基WC-12Co复合涂层，其中它们的配比度分别10%WC-12Co、20%WC-12Co、30%WC-12Co复合涂层，利用金相显微镜、电化学分析仪对涂层微观组织和性能进行分析。结果表明涂层与基体都有较好的结合性能，三组涂层与基体相比硬度都有所提高，且30%WC-12Co的涂层的硬度最高。30%WC-12Co的涂层与前两者涂层和基体相比，电化学腐蚀速度较慢，30%WC-12Co涂层与前两种涂层相比，孔隙较少，耐腐蚀性较高。

关键词：火焰喷涂；WC-12Co；耐腐蚀性；电化学腐蚀

1 概述

由于低碳钢具有良好的机械性能，能够应用于各个行业的许多方面，因此，如何延长低碳钢工件的使用寿命，降低腐蚀对低碳钢的应用有很大的影响，低碳钢表面火焰喷涂就是其中的一种方法，由于环境的影响，低碳钢表面火焰喷涂复合涂层的耐腐蚀性能就有一定的要求：涂层与基体间的结合强度要高。涂层易脱落，则使得涂层的寿命减小，涂层脱落后对基体的防腐蚀就消失了。由于火焰喷涂的火焰温度范围较大，能够适应各种温度要求，能够喷涂许多的合金粉末，操作简单，能够在许多环境下独立完成，因此火焰喷涂广泛应用于低碳钢表面加工。因此，文章对利用火焰喷涂技术在Q235低碳钢表面制备了不同配比度的Ni基WC-12Co复合涂层，并对其结果进行了研究和分析。

2 实验材料和方法

试验基体材料为Q235钢，Q235是碳素结构钢，与旧标准GB700-79牌号中的A3、C3钢相当，是沿用俄罗斯TOCT的牌号。其钢号中的Q代表屈服强度。Q235钢是低碳钢，由于其优越的物理性能和化学性能使的它应用于工业以及生活中的许多方面。在一般的情况下，这种钢不需要经过热处理就直接进行使用。喷涂材料为镍基WC-12Co，将喷涂材料配比成含WC-12Co为10%，20%，30%的混合粉末进行喷涂。

氧乙炔火焰喷涂枪是利用两根导管，一根连接氧气一根连接乙炔。粉末罐内填装混合均匀的喷涂粉末材料。利用氧和乙炔气体的高速流动使得材料粉末被吹到喷涂喷头处，经过火焰的加热熔化或者半熔化，然后粉末颗粒击打在涂层表面形成涂层。将配置好的粉末材料充分混合后放入粉末罐中，接通导气管，先开氧气让枪体内的空气排净后，打开乙炔。最后点燃即可进行喷涂。

3 实验结果分析

3.1 低碳钢表面火焰喷涂复合涂层试样的宏观金相的分析

图1显示的是三种Ni基WC-12%Co涂层的截面在金相显微镜下形貌。通过观察可以发现复合涂层与基体之间的过渡层很薄，经过热处理后熔化消失。复合涂层与基体结合良好没有出现剥落的现象。涂层的致密度很高、涂层与基体是互相嵌合的结合方式。交界处不是平整的界面而是为波浪形不平整界面。界面干净，没有明显颗粒物和氧化物夹杂，结合方式为机械咬合。涂层组织均匀，内部没有明显裂纹和孔隙。可以看出虽然经过火焰喷涂使得涂层的结构更加紧密，但是仍然有许多细小的疏松的空洞，而且，WC含量越高涂层的结构越紧密，而且由于火焰喷涂不好控制，使得涂层的性能无法得到最大保障，因此，涂层中可能会出现一些较大的空洞，使得涂层无法得到最优的性能。

经过火焰喷涂以后由于火焰的温度较高使得基体发生了热加工过程，基体的组织发生了变化，由图1（d）结合图（a/b/c）的涂层照片，可以发现涂层与基体之间的过渡层中有贝氏体，经过火焰喷涂后，由于火焰的淬火作用使得基体的组织发生变化，组织的变化使得基体的性能也发生变化，基体的强度有所提高。由于组织的变化使得基体得到细晶强化使得基体的晶粒更加细小，结合更加紧密。能够有效的减小晶间腐蚀的发生的速度，从而增强工件的耐腐蚀性。

3.2 耐电化学腐蚀的性能分析

由图2中试样的电化学腐蚀曲线的五个图中可以发现随着电位的不断的增加，电流密度也发生了变化。自腐蚀电位E对于试件的腐蚀倾向起着决定性的作用，E为负数时，它的数值越大，试件的腐蚀倾向也就越大，当E为正的数值时，它的结果与E为负数时的结果相反。自腐蚀电流I与金属试样的腐蚀速度成正比的关系，即随着I的增大，试件的腐蚀速度也就越快，随着I的减小，试件的腐蚀速度也就越慢。通过对比，可以发现30%WC-12Co的涂层的自腐蚀倾向最小，自腐蚀电流最小，它的耐腐蚀性能较高。

4 结论

（1）通过观察涂层与基体的结合界面的微观结构，发现涂层与基体的冶金结合紧密。

（2）比较三组涂层的微观结构，30%WC-12Co的涂层的裂缝、孔洞较少，具有较好的耐腐蚀性。

（3）通过基体、10%WC-12Co的涂层、20%WC-12Co的涂层、30%

WC-12Co的涂层电化学腐蚀试验的四组极化曲线的对比分析，发现30%WC-12Co的涂层的电化学腐蚀速度较低，因此30%WC-12Co的涂层具有较好的耐腐蚀性能。