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20钢表面防腐和耐磨层的制备

2017-09-04 11:37 来源:中国联合钢铁网
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20钢属于优质低碳碳素钢,该钢韧性、塑性和焊接性均好,适合进行弯曲、压延、弯边和锤拱等加工,在汽车、拖拉机及一般机械制造业中有广泛用途,但强度和硬度偏低,造成耐磨性较差。
西南石油大学采用固体粉末渗入法在20钢表面制备了Zn-Al合金渗层,显示出有效的防腐耐磨的防护功能。渗剂的组成包括锌粉铝粉、氧化铝、氯化铵、氯化铝、氧化钇。锌铝渗入前试样需经过砂纸打磨、抛光处理和乙醇丙酮超声清洗;将渗剂和试样基片均匀地放入氧化铝坩埚内;为防止氧化,在渗剂的表面铺一定厚度的石墨,并用粘土和水玻璃调制一定粘度的试剂对坩埚进行密封;放入干燥箱中烘干,并在马弗炉中进行共渗处理。渗入温度为450~460℃,渗入时间4小时;然后随炉冷却。
检测表明,所制备的Zn-Al合金渗层的厚度约为45μm,在距涂层表面5μm范围内,元素含量的整体情况为:Fe>Al>Zn,为富Al层;在距涂层表面5~45μm范围内,元素含量的整体情况为:Fe>Zn>Al,为富Zn层。渗层中主要物相包括由Al与Fe形成的AlFe相和由Zn与Fe形成的FeZn10.98与FeZn8.87,FeZn6.67,Fe3Zn10等相。Zn-Al渗层的表面硬度可达325HV,远高于基体的180HV,说明通过Zn,Al元素渗入可以在基体表面及近表面处形成一定厚度的Al-Fe和Zn-Fe合金相,这些中间相的产生可以较明显提高钢基体的表面硬度,增强20钢的耐磨性能。
经旋转摩擦试验机上进行的室温无润滑摩擦试验表明,Zn-Al渗层除了增加基体硬度,提高耐磨性,还有一定润滑减摩作用,可以更好地对钢基体进行表面防护。对有Zn-Al渗层和没有Zn-Al渗层的20钢进行48h的盐雾试验(腐蚀液为5%NaCI溶液,温度为33℃),可以看到,没有Zn-Al渗层保护的20钢表面完全被锈蚀,出现疏松、多孔的情况,而Zn-Al渗层试样表面整体较致密平整,某些区域出现了少量白色腐蚀产物,即渗层被腐蚀后出现的白锈,可见Zn-Al渗层明显提高了20钢的耐蚀性能。从电化学测试在5%NaCl溶液中的极化曲线可以看到,Zn-Al渗层的腐蚀电流密度为6.13x10-6A/cm2,腐蚀电位为-0.78V;而20钢基体的腐蚀电流密度为8.12x10-5A/cm2,腐蚀电位为-0.44V。Zn-Al渗层的腐蚀电流密度明显比20钢基体小,这说明渗层的防腐蚀机理主要是阴极保护作用,腐蚀电流密度低的渗层试样耐蚀性能较好。
他们的工作表明,在20钢表面制备Zn-Al渗层是提高20钢基体耐磨减摩和耐蚀性能的有效措施。他们所采用的固体粉末渗入法(控制温度在450~460℃,Zn含量为50%,Al含量为20%,渗入时间4小时),可以在20钢表面生成均匀、致密的Zn-Al合金渗层。渗层主要由Al-Fe和Zn-Fe中间相组成;Zn-Al渗层的表面硬度较20钢的硬度有了大幅的提高。Zn-Al合金渗层的这种结构和硬度是其提高20钢基体耐磨减摩和耐蚀性能的原因。(钢研)

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