Co-Cr-W合金熔覆层锌腐蚀行为

摘要

【目的】在金属材料表面采用热浸镀方法制作纯锌层是一种高效的耐腐蚀保护层制备方法，但在热浸镀锌的生产过程中，由于液态锌具有较强的扩散能力与反应活性，会与沉没辊等构件中的铁元素发生反应，生成铁锌合金脆性金属间化合物，该反应不仅会持续消耗构件中的铁元素，被腐蚀掉的铁渣黏结在沉没辊表面还会划伤镀层。【方法】采用等离子熔覆方法在316L不锈钢基材上制备厚约5 mm的两种不同钴基合金熔覆层，并将两种熔覆层置于450℃熔融液态Zn中分别腐蚀72、120、168 h，分析其腐蚀后形貌、产物和元素损失情况，探究钴基合金熔覆层的腐蚀行为与机理。【结果】两种合金熔覆层原始组织中均存在γ-Co和Cr₇C₃、Cr₂₃C₆碳化物，但2^#合金熔覆层的碳化物数量相对较多，分布更弥散。1^#合金熔覆层的腐蚀方式为均匀溶解性腐蚀，腐蚀过程中出现了具有较多孔隙和横向裂纹的扩散层。由于Zn可与C发生反应，C元素由内向外扩散，导致扩散层和熔覆层表面C含量升高。腐蚀168 h后，热应力作用导致横向裂纹扩展，扩散层最终剥离为上下两层，层间存在Zn的侵入现象。2^#合金熔覆层腐蚀过程中同样出现了扩散层，但孔隙和裂纹很少，也未发生扩散层分裂现象。腐蚀过程中Zn先扩散至碳化物与Co固溶体的晶界，随后对Co固溶体进行溶解腐蚀并逐步绕过碳化物相，导致熔覆层厚度逐渐减薄。两种合金熔覆层的耐蚀性能均高于316L不锈钢基材，1^#合金熔覆层的腐蚀速度约为316L不锈钢基材的1/3,2^#合金熔覆层的腐蚀速度约为316L不锈钢基材的1/4。虽然两种熔覆层组织中碳化物类型几乎相同，且碳化物均不与Zn发生反应，但2^#合金熔覆层中碳化物含量相对较多，碳化物能够阻碍Zn的扩散，导致能与Zn反应的Co基固溶体变少，因此，碳化物含量较高的2^#合金熔覆层具有较好的耐蚀性能。【结论】在等离子熔覆过程中原位生成的碳化物对钴基合金具有较好的保护作用，且其腐蚀速度随着碳化物形成元素含量的增加而大幅降低。由不同时长的腐蚀结果可知，碳化物含量的增加可以有效提高沉没辊在液态Zn中的服役时间。

关键词

等离子熔覆 / 不锈钢 / 钴基合金 / 原位生成 / 金属间化合物 / 碳化物 / 耐Zn腐蚀 / 固-液界面