924 材料导报 B: 研究篇 2018 年 3 月 (B) 第 32 卷第 3 期 添加碳化钨和石墨改善真空熔覆 NGC 基合金涂层的极化行为 杨贵荣 1, 宋文明 1,2, 王建儒 1, 张玉福 1,2, 王富强 1, 马颖 1 (1 兰州理工大学, 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 兰州 730050; 2 甘肃蓝科高新石化装备股份有限公司, 兰州 730070) 摘要采用真空熔覆技术在 45# 钢表面制备了不同 C 含量的 NGC 基合金熔覆层及 NGC+ WC NGC+ WC+Gph 复合熔覆层, 研究了涂层在 3.5% NC 溶液中的电化学行为. 结果表明, 在 ZG45 表面制备的 NGC 基合金熔覆层的自腐蚀电位随 C 含量的增加而升高, 其自腐蚀电位相比 ZG45 至少提高了 4.98%, 腐蚀电流则降低了 74.93%. 在 NGC 基合金熔覆层中添加 WC 和石墨 (G) 后其自腐蚀电位提高 : 同时添加 WC 和 G 时的自腐蚀电位相比只添加 WC 时提高了 32.39%, 腐蚀电流则降低了 19.37%; 且同时添加 WC 和 G 试样的自腐蚀电位比 NG40%C 提高 33.86%, 耐腐蚀性能相比 NGC 基合金得到了增强和改善. 另外, 在同时添加 WC 和 G 的试样的极化曲线上出现了钝化区, 且其钝化区腐蚀电位宽度大于只添加 WC 的试样, 说明前者的耐腐蚀性优于后者. 关键词碳化钨石墨镍钴基复合涂层真空熔覆极化曲线中图分类号 :TG174.4 文献标识码 :A DOI:10 11896/j.n 1005G023X 2018 06 013 ThAddnfWCndGphImpvPznBhvfNGCGbd AyCngFbcdbyVcuumFunSnng YANG Gung 1,SONG Wnmng 1,2,WANGJnu 1,ZHANG Yufu 1,2, WANGFuqng 1,MA Yng 1 (1 SKyLbyfAdvncdPcngndRcycngfNnGfuM,LnzhuUnvyfTchngy, Lnzhu730050;2 LnpcTchngLmd,Lnzhu730070) Abc ThNGCyfuncng,NGC+ WCndNGC+ WC+Gphcmpfuncngwfbcd hughhvcuumfunnngchnqun45# ub,ndhuncng cchmcbhvn3.5% NCunwudd.Ouxpmncnfmdhhgh(4.98% hgh)fgcnpnndw(74.93% w)cncundnfngcyfuncngcmpdwhzg45ub,whmnncncf fgcnpnwhhncngccnnfhngcyfuncng.thddnfwcndgph(g)cug hffgcnpnfngcyfuncng.ngc+wc+gphcmpfuncnghdhfg cnpnupyf32.39% nd33.86% NGC+WCcngndNG40%Ccng,pcvy,cn cundny19.37% whnngc+wccng,hbydmnnghgnfcnympvdcnnc.mg v,nhpzncuvfngc+wc+gphmp,hpvngncnbbvd,hwdhfwhchg ghnhfhngc+wccmpfuncng.thndchhcnncfngc+wc+gphcg ngmfcy. Kywd ungncbd,gph,ngcgbdycmpcng,vcuumfunnng,pzncuv 0 引言 金属严重的腐蚀问题引起了人们的高度重视, 据统计, 全世界每年因腐蚀而报废的金属约占全年生产总量的 10%, 每年因腐蚀造成的直接经济损失已高达 2.2 万亿美元, 而中国每年因腐蚀造成的经济损失也不低于 2.5 万亿人民币 ; 腐蚀问题不仅造成了经济损失, 亦造成了环境污染 安全事故等问题, 例如桥梁因钢梁腐蚀引起的开裂裂缝而坍塌 油管因腐蚀穿孔或裂缝而漏油, 进而引起着火 爆炸等事故, 因此 [1] 引起了人们对防腐蚀的重视. 例如陈华等发现激光熔覆 镍基合金粉末涂层的耐蚀性较火焰重熔后的组织有很大提 [2] 高 ; 周新星等采用高频感应熔覆法在 Q235 钢表面制备的 与基体结合紧密 无裂缝的镍基涂层使材料的耐腐蚀性得到 [3] 较大改善 ; 张安峰等采用失重法和电化学法研究得出 N60JH 和 D50 涂层在酸性腐蚀介质中的耐蚀性相比 20 # 钢分别提高 30 倍和 16 倍. 镍基合金是一类重要的耐蚀 金属材料, 具有耐各种形式腐蚀损伤的能力以及较好的力学 性能和加工工艺性能等 [4]. 因此镍基合金已广泛应用于化 基金项目 : 国家自然科学基金 (51765035;51205178); 甘肃省高等学校科研项目 (2017AG015) 杨贵荣 : 女,1976 年生, 博士, 教授, 主要从事金属表面功能材料的制备与性能 摩擦磨损 腐蚀与防护及失效分析研究 EGm: ynggmng@u.cn
添加碳化钨和石墨改善真空熔覆 NGC 基合金涂层的极化行为 / 杨贵荣等 925 工 石油 海洋开发及航空航天等众多领域, 在一定程度上解 [5] 决了不锈钢及非金属材料无法解决的工程腐蚀难题. 在 N 基 C 基 F 基合金粉末中添加一定比例的碳化物 氮化物 硼化物等制备的耐磨 耐蚀的高性能复合涂层的 [6] 应用越来越广泛. 目前通过在合金粉末中添加硬质相来制备复合涂层的技术主要有热喷焊 喷涂 堆焊 激光熔覆 [7G8] 等. 这些技术都有自身的缺点, 如热喷涂技术喷涂时噪声大 粉末利用率低 浪费材料, 且涂层与基体以机械结合为 [9G10] 主, 结合强度不高 ; 堆焊涂层质量低, 基体容易变形 ; 喷焊涂层工艺差, 涂层质量低 ; 激光熔覆设备昂贵, 效率低. 而真空熔覆技术具有工艺简单 涂层表面质量高 涂层厚度可控 [11G12] 涂层和基体实现了冶金结合及结合强度高等特点, 目前关于真空熔覆镍 G 钴基合金涂层的研究较少, 且其在氯化钠介质中的电化学腐蚀行为的报道更少. 本工作以 ZG45 为基体, 用真空熔覆工艺在其表面制备一层 NGC 基合金熔覆层 或 NGC+WC NGC+WC+G 复合熔覆层, 在 3.5% 氯化钠溶液中研究了合金及复合熔覆层的极化行为. 本研究对进一步研究镍 G 钴基涂层的耐蚀机理与耐蚀性能以及进一步提高和改善其耐腐蚀性能具有重要的理论意义和应用价值. 1 实验 真空熔覆镍 G 钴基合金及复合熔覆层采用镍基和钴基自熔性粉末, 两种粉末粒度均为 -150~ +320 目, 其成分如表 1 所示. 基体材料为 ZG45, 尺寸为 50 mm 50 mm 10 mm. 采用精品 WC 粉末与石墨颗粒作为增强颗粒,WC 粉末平均粒径小于 18 μm, 熔点为 2730 左右, 硬度为 2350HV, 几何形貌不规则, 为增强颗粒与合金粉末之间的润湿性, 石墨粉选取镍包石墨粉末, 实验过程中, 共制备 6 组试样, 将各试样进行标记, 如表 2 所示. 表 1 镍基合金粉末及钴基合金粉末的化学成分 ( 质量分数,%) Tb1 Chmccmpnn(mfcn,%)fhNGbdypwdndCGbdypwd Chmcmn C B S C F N C NGbdpwd 0.7 1.1 3.0 4.0 3.5 5.0 15 17 5.0 67.9 72.8 0 CGbdpwd 0.7 1.4 1.0 1.2 2.0 25 32 5.0 3.0 6.0(W) 58.4 66.3 表 2 各试样的标记 Tb2 Thbfchmp Smp ZG45 NGbdcng N/20%C N/40%C N/40%C/30%WC N/40%C/30%WC/6%G Lb A B C D E F 用电子天平称取预先计算好的镍基合金粉末 钴基合金粉末 WC 镍包石墨 (G) 粉末的质量, 然后将粉末混合后在球磨机上球磨 2h, 待粉末充分混合后, 用粘结剂 ( 自制粘结剂 NJB 和水以体积比为 (0.12~0.20) 1 混合 ) 将粉末混合均匀, 然后均匀涂覆在基材表面, 得到预制层. 试样自然阴干 2h 后在马弗炉中以 200 /2h 烘干, 最后放入真空碳管烧结炉中烧制, 真空度抽至 6.67 10-4 P, 升温速率为 40 /mn, 在 1050 保温 10mn 后随炉降温至 150 以下后出炉空冷. 在熔覆层试样的中部截取试样, 试样大小为 10 mm 10mm 10mm, 将待检测面打磨并抛光, 用锡焊将铜导线焊接在与试样被测面相对的另一面, 再用高分子密封胶将试样的其余面全部密封起来. 最后配制 3.5% ( 质量分数 ) NC 溶液, 将适量的盐溶液注入三通管后放在 25 的恒温水浴槽中, 然后接通各电极的导线进行极化曲线测试. 用电化学工作站测试出极化曲线 (Tf 曲线 ) 后分析试样的自腐蚀电位和自腐蚀电流 ; 用 JSMG5001 型扫描电镜观察分析极化后涂层表面的腐蚀形貌, 用 EDS 分析涂层极化腐蚀后表面元素种类与含量. 本实验采用的电化学工作站为 CHI660E 型标准三电极系统, 工作电极为有效面积 10 mm 10mm 的试样, 辅助电极为铂片, 参比电极选用饱和甘汞电极. 扫描速率为 0.005V/, 初始电位为 -1V, 终止电位为 1V, 测试前试样在盐水浴中静置 30mn, 取 3 次实验的稳定值作为实验数据. 2 结果与分析 2.1 熔覆层的成分分析 图 1 为 NGC 基合金及 NGC/WC/G 复合熔覆层的 XRD 谱, 由图 1() 可知, 合金涂层的主要组成相为 NGC 基 γ 固溶体 C 7C 3 C 23C 6 N 3S (C,F) 7C 3 以及 (C,C, N) 23C 6 等, 其中大部分组成相为晶型结构不同的碳化物, 根据相图可判断 N 3S 为凝固过程中形成的共晶组织. 图 1 (b) 为 NGC/WC/G 复合涂层的 XRD 谱, 由图 1(b) 可知复合涂层的主要相组成为 NGC 基 γ 固溶体 C 7C 3 C 23C 6 N 3S WC FW 3C 以及 C 等, 可见, 其主要组成相与图 1() 中的合金涂层相比增加了在制备过程中未熔的 WC 与石墨, 其余主要组成相类似. 2.2 NGC 基合金涂层极化行为图 2 是镍基合金熔覆层 NGC 基合金熔覆层和基体 ZG45 试样在 3.5%NC 溶液中的极化曲线, 表 3 为基体 镍基合金以及镍 G 钴基合金涂层极化曲线的线性拟合参数, 从图 2 和表 3 可以看出, 从 ZG45 到镍基合金涂层 NGC 基合金涂层, 其极化曲线逐渐正向移动, 即自腐蚀电位逐渐正向移动, 其中 ZG45 的自腐蚀电位最负, 为 -0.8264V, 镍基合金涂层的自腐蚀电位仅比基体提高了 0.0403V, 而 NGC 基合金涂层试样的自腐蚀电位与基体相比显著升高, 且随熔覆层中 C 含量的增加呈逐渐升高的趋势, 如表 3 中所示, 试样 C
９２６ 材料导报 B:研究篇 ２０１８ 年 ３ 月( B)第 ３２ 卷第 ３ 期 表 ３ ZG４５ 和 N ＧC基合金涂层极化曲线的线性拟合腐蚀参数 Tb ３ L n f ngc np m fp z n cu v fzg４５ndn ＧC Ｇb d yf u nc ng Smp A B C D C np n Ec/V C ncu n ７８６１ ３ ０５１ １０ ５ ８２６４ ７１９５ ６９９５ ２ Ic/( μa/cm ) １ ２１７ １０ ４ ４ ５３３ １０ ６ ２ ４３１ １０ ６ 在实验过程中发现,基 体 ZG４５ 极 化 时 辅 助 电 极 铂 片 上 气泡产生的速率和数量均远 大 于 N ＧC 基 合 金 涂 层;在 极 化 实验结束后观察 上 述 四 种 试 样 的 宏 观 表 面 形 貌,发 现 ZG４５ 表面基本失去了金属光泽,而 三 种 镍 基 合 金 及 N ＧC 基 合 金 涂层试样表面平整光滑且越具 金属 光泽,亦 说 明 在 极 化 过 程 中 N ＧC 基合金涂层的腐蚀速率 最 慢,具 有 较 好 的 耐 腐 蚀 性 能. 图１ ( ) N ＧC 基合金熔覆层和( b) N ＧC ３０ WC ６ G 复合熔覆层的 XRD 谱 F １ XRDp n f( )N ＧC Ｇb d yf u nc ng g nd ( b)n ＧC ３０ WC ６ Gc mp f u nc ng 图 ３ 表 ４ 给 出 了 ZG４５ 镍 基 合 金 及 N ＧC 基 合 金 涂 层 极化后的表面微 观 形 貌 以 及 不 同 形 貌 特 征 区 域 的 元 素 分 析 结果.图 ３( )是 ZG４５ 极 化 腐 蚀 后 的 微 观 形 貌,可 见 ZG４５ 与 NC溶液接触极 化 后 其 表 面 腐 蚀 比 较 严 重,不 仅 发 生 了 均匀腐蚀,还发生了局部腐蚀,如点 蚀坑(谱 图 １ 区 中 黑 色 点 状区域),腐蚀坑的中心区域并未被腐蚀,经 EDS 分析知该区 域碳含量达 ２５ ３,结 合 其 相 组 成,判 断 该 区 为 碳 化 物. 在 点蚀发生的同时,碳化物的存在使 得该 部位 与 周 围 区 域 存 在 较高的电位差,形成电偶腐蚀,从而发生局部腐蚀.而 谱图 ３ 处为类 似 层 片 状 特 征 的 物 质,其 EDS 结 果 显 示 该 区 含 碳 量 达 １３ ２,分 析 该 区 域 应 为 珠 光 体 区,即 渗 碳 体 与 铁 素 体. 图 ３( b)为镍基涂层极化腐蚀后的表面形貌,表面有较 多的 针 状及颗粒状物质,经 EDS 分 析 可 知 这 些 针 状 点 状 以 及 块 状 物质的主要组成元素为 N C C F S B 等(表 ４),结 合 其 XRD 结果可知,这些 物质 为 C７C３ C２３C６ N３S 和 γ ＧN等 图 ２ ZG４５ 和 N ＧC 基合金涂层的极化曲线 F ２ P z ncu v fzg４５ndn ＧC Ｇb d g yf u nc ng 比试样 B 升 高 了 ０ ０６６６V;而 镍 基 合 金 涂 层 的 腐 蚀 电 流 比 基体降低了近 １ 个数量级,镍基合金中添加 ２０ 钴 之后 腐蚀 电流又降低了近 １ 个 数 量 级, N ＧC 基 合 金 涂 层 的 腐 蚀 电 流 比 ZG４５ 的腐蚀电流降低近 ２ 个数量级.由外推法得到 涂层 阳极的强极化区斜 率 (其 中 B C 和 D 试样的阳极极化区斜 率分别是 ４ ２６１ ６ ８２５ 和 ６ ７８７),涂 层 极 化 区 斜 率 均 大 于 曲 线 A 的斜率( １ １０９),结合 T f 斜 率 公 式b ２ ３RT/( nβf ) (其中 R ) 和 均 为 常 数, 为 转 移 电 子 数 目 可 知, 斜率 T F nβ 越大 电子转移数 目 越 少 腐 蚀 速 率 越 小,其 耐 腐 蚀 性 越 好, 这与腐蚀电流的变化 规 律 一 致, ZG４５ 的 腐 蚀 电 流 达 到 １０ ４ 级,而 N ＧC 基合金涂层 的 腐 蚀 电 流 相 对 于 ZG４５ 降 低 了 近 ２ 个数量级.说 明 在 ３ ５ NC溶 液 中,N ＧC 基 合 金 涂 层 的耐腐蚀能力 显 著 优 于 ZG４５,即 N ＧC 基 合 金 涂 层 显 著 提 高了基体的耐腐蚀性能,且随钴基 粉末含 量增 加 其 耐 腐 蚀 性 逐渐增强. 图 ３ ZG４５ 和 N ＧC 基合金涂层的 EDS 图 F ３ EDS mpp ng fzg４５ndn ＧC Ｇb d yc ng g
添加碳化钨和石墨改善真空熔覆 NGC 基合金涂层的极化行为 / 杨贵荣等 927 固溶体, 许多具有各种耐蚀特性的元素 ( 如 Cu C W M [13] 等 ) 在镍基合金中的固溶度很大, 这些固溶体既保持了镍固有的电化学特性, 又兼有合金化组元良好的耐蚀特性, 因此镍基合金在盐溶液 性质活泼的气体 氢氧化物及许多有 [5] 机物等介质中的耐蚀能力很强, 并有很强的转化钝化态的能力, 合金粉末中的 C 在镍基耐蚀材料表面形成 C 2O 3 钝 [14G16] 化膜, 其中一定量的 F 元素 (1% ~5%) 有改善钝化膜 [17] 稳定性的作用, 这些固溶体和反应生成的 C 2O 3 钝化膜均可以有效阻碍腐蚀过程中的传质, 进而减缓腐蚀速率, 使其腐蚀电位明显正移, 对应腐蚀电流大幅下降. 图 3(c) (d) 为 NGC 基合金涂层极化腐蚀后的表面形貌, 添加 C 后腐蚀表面呈现均匀小块状颗粒以及不规则块状物, 且随 C 含量的增加, 极化腐蚀后表面块状颗粒变大且相互联结起来, 腐蚀形貌中点腐蚀坑的面积明显变小且数量减少. 经合金涂层的相分析以及极化后表面不同特征区域元素分析可推断这 些块状物除有 C 7C 3 C 23C 6 N 3S 外, 还有 (C C N) 23C 6 和 γgngc 固溶体. 虽然 N 与 C 元素的化学活泼性和在化 学反应中失去电子的难易程度相差不大, 但钴基粉末中的 C 含量较镍基粉末更高, 还含有少量的 WC, 其中 W 与 F C N 等元素形成了菱形或方形的 M 6C 相, 根据表 4 中 EDS 分 析结果知, 菱形或方形灰白色相所含主要元素是 C W N F C 和 C, 按照原子比可以写成 (C 48.3W 12.9F 9.6C 6.5 )C 13.4 或 (CWFNC) 86.6C 13.4, 这种复相化合物的金属与非金属原 子比约为 6 1, 根据相关报道推断该复合相属于 M 6C, 属碳化 物相 [18], 这些固溶体和复相化合物均具有良好的耐腐蚀特 性, 且随钴基粉末配比的增加, 组织中会出现大量的 γgngc 固溶体和 M 6C 相, 使整个试样的耐腐蚀性在镍基涂层良好 的耐蚀性的基础上又进一步得到改善和增强, 说明 NGC 基 合金涂层的耐腐蚀性能随 C 基合金粉末含量的增加而增 强. 表 4 ZG45 和 NGC 基合金熔覆层极化实验后的 EDS 元素分析结果 ( 质量分数,%) Tb4 Emncmpn (mfcn,%)fzg45ndngcgbdyfuncng bndbyedsfpzn Chmcmn N C C F C W S B Spcum1 25.3 74.7 Spcum2 6.7 93.3 Spcum3 13.2 86.8 Spcum4 71.5 6.7 21.8 Spcum5 74.5 7.9 5.8 7.0 4.9 Spcum6 67.6 10.3 9.3 6.6 6.1 Spcum10 6.8 37.4 8.5 7.6 5.3 34.3 Spcum11 10.8 44.3 10.8 9.6 7.2 17.3 Spcum12 6.0 55.9 14.8 10.3 8.0 5.0 Spcum13 8.8 11.7 7.4 3.6 16.6 51.8 Spcum14 37.6 12.6 8.7 11.9 29.3 Spcum15 44.2 19.5 11.7 23.4 1.3 2.3 NGC/WC/G 复合熔覆层极化行为 图 4 为不同钴含量的 NGC 基合金涂层以及添加 WC 与石墨颗粒后复合涂层在 3.5%NC 溶液中的极化曲线, 结 合表 5 中各极化曲线的线性拟合参数, 发现在 NGC 基合金 涂层中添加 WC 和 G 后复合涂层的自腐蚀电位正向移动, 试 样 E 的自腐蚀电位比试样 D 升高了 0.0152V, 试样 F 的自 腐蚀电位比试样 E 升高了 0.2217V; 添加 WC 和 G 后, 腐蚀 表 5 NGC 基合金熔覆层及 NGC/WC 和 NGC/WC/G 复合熔覆层极化曲线的线性拟合腐蚀参数 Tb5 Lnfngcnpmfpzn cuvfngcgbdycng,ngc/wcnd NGC/WC/Gcmpfuncng Smp Cnpn Cncun Ec/V Ic/( μ A/cm 2 ) C -0.7195 4.533 10-6 D -0.6995 2.431 10-6 E -0.6843 2.070 10-6 F -0.4626 1.669 10-6 图 4 NGC 基合金涂层及 NGC/WC 和 NGC/WC/G 复合涂层的极化曲线 Fg.4 PzncuvfNGCGbdycng, NGC/WCndNGC/WC/Gcmpcng 电流逐渐降低, 并且在其极化曲线上出现了钝化区域 ( 图 4 中极化曲线 E 和 F). 极化过程中当阳极金属被腐蚀溶解时, 附近溶液层的成分发生变化, 溶解的金属阳离子因扩散速度较慢而导致反应界面处形成一定的离子浓度梯度, 在极
928 材料导报 B: 研究篇 2018 年 3 月 (B) 第 32 卷第 3 期 化初始阶段同时伴随钝化, 形成的钝化膜直接在其表面覆盖, 可在一定程度上阻碍反应离子向反应界面以及产物离子向溶液中的传输, 进而在一定程度上阻碍腐蚀过程的进行, 减缓腐蚀速率, 腐蚀电流也随之变小, 从而出现钝化稳定区. 之后随电压继续升高, 钝化膜逐渐被破坏, 腐蚀反应又重新开始, 腐蚀电流变大, 其中试样 E 的钝化区电位宽度小于试样 F. 说明在 NGC 基合金涂层中添加 WC, 其耐腐蚀性在一定程度上得到增强, 并且在添加 WC 基础上再添加 G, 其耐腐蚀性进一步得到改善. 图 5() 是试样 E 极化腐蚀后的微观形貌, 可以发现其表面只有少数几个点腐蚀坑, 表面呈现颗粒状,EDS 元素分析结果 ( 表 6) 显示这些块状物质主要组成元素为 N C C F C W 等, 结合前文中复合涂层的 XRD 分析结果知, 这些块状物为碳化物 硼化物及共晶的 N 3S 等物质 ; 图 5(b) 是试样 F 极化腐蚀后的表面形貌, 可以发现其表面长条状 块状物质比未加 G 时的组织更加细小均匀, 结合其 XRD 和 EDS 分析结果可推断腐蚀形貌上的块状物质为灰黑色棒状碳铬化合物 N 3S 及 γgngc 固溶体. 在极化过程中观察辅助电极铂片上产生气泡的速率与气泡量, 可以发现试样 E F 测试时的气泡产生速率与气泡生成量最小, 且在实验结束后发现试样 F 的三通管管底有黑色细小颗粒. 因为添加的 WC 与 G 在极化过程中不与腐蚀液发生反应, 且 WC 与镍包覆过的石墨颗粒在金属液中的润湿性非常好, 由前期微观组织的研究可知, 其界面结合致密且不存在任何夹杂裂纹等缺陷, 故裸露的 WC 与 G 颗粒在腐蚀溶液中会形成电位差, 从而导致在其界面处优先腐蚀, 因而会有颗粒状 G 脱落. 而极化过程中, 金属阳极被腐蚀溶解时, 在其周围形成了离子浓度呈梯表 6 NGC/WC 和 NGC/WC/G 复合熔覆层极化实验后表面 EDS 元素分析结果 ( 质量分数,%) Tb6 EDSmnny(mfcn,%) fngc/wcndngc/wc/gcmp funcngfpzn Chmcmn N C C F C W pcum16 12.8 87.2 pcum17 5.7 55.1 12.1 9.0 11.4 6.8 pcum18 13.1 58.5 9.0 19.4 pcum19 7.0 50.7 12.1 8.6 12.7 9.0 pcum20 7.8 67.7 7.3 12.5 4.8 pcum21 13.3 86.7 度分布, 水解后的氢离子向阴极迁移, 而阳离子在其周围形成富集层 ; 同时合金具有较高含量的 C, 极易在合金区域处形成以 C 2O 3 为主要成分的钝化膜. 虽然 WC 与 G 颗粒界面处的腐蚀使颗粒之间的钝化膜在一定时间内部分或全部脱落, 导致腐蚀在一定程度上略有加快, 但在测试面积一定的条件下, 整体上由于 WC 及 G 颗粒的加入使腐蚀反应的有效区域面积大幅减小, 有效电子转移量减少, 即腐蚀电流降低, 进而使腐蚀速率降低. 3 结论 (1) 应用真空熔覆技术, 在 ZG45 表面制备一层镍基合金熔覆层 NGC 基合金熔覆层及 NGC 基复合熔覆层, 电化学极化曲线表明 NGC 基合金涂层在 3.5%( 质量分数 )NC 溶液中的自腐蚀电位比 ZG45 提高 4.98%, 且其自腐蚀电位随 C 含量的增加而升高, 自腐蚀电流相应降低 ;NGC 基合金熔覆层的腐蚀电流比 ZG45 降低 74.93%, 说明 NGC 基合金涂层的耐腐蚀性在 3.5% ( 质量分数 )NC 溶液中远大于 ZG45, 且 NGC 基合金涂层的耐腐蚀性随 C 基合金粉末含量的增加而逐渐增强. (2)NGC/WC+6%G 复合熔覆层的自腐蚀电位比 NG 40%C 升高 33.86%, 比 NGC/WC 升高 32.39%, 腐蚀电流相应降低, 试样 NGC/WC+6%G 的腐蚀电流比 NGC/WC 的腐蚀电流降低 19.37%, 同时, 其电化学腐蚀后的极化曲线中均出现了钝化区, 且 NGC/WC+6%G 的钝化区腐蚀电位宽度大于 NGC/WC, 可见在 NGC 基涂层中添加 WC 和石墨后其耐腐蚀性得到了增强. 参考文献 1 ChnHu,Gng Wnb,LuRu,.Sudynwnc ndcnncfcddngnckbdy[j].h TmnfM,2001(3):25(nChn). 陈华, 宫文彪, 刘睿, 等. 激光熔覆镍基合金的耐磨耐蚀性研究 [J]. 金属热处理,2001(3):25. 2 ZhuXnxng,LnChn,LuFngqng.Efcfhngmn cnncfngbycngppdbyhghgfg quncynducncddng[j].htmnf M,2014,39 (4):101(nChn). 周新星, 林晨, 刘方强. 加热时间对高频感应熔覆镍基合金涂层耐腐蚀性能的影响 [J]. 金属热处理,2014,39(4):101. 3 Zhng Anfng,ZhngJunhu,PngFng.Cnchcc ndcchmcbhvfngbdcngncdcn md[j].odnnc MScncndEngnng,2005,28(3): 20(nChn). 张安峰, 张军虎, 彭锋. 镍基涂层在腐蚀介质中的腐蚀特性与电化学 行为 [J]. 兵器材料科学与工程,2005,28(3):20. 4 YngRuchng,NFung,ZhngLpng,.Pp,pG gnndppcnfngbcnncy[j]. JunfGnuUnvyfTchngy,2002,28(4):28(nChG n). 杨瑞成, 聂福荣, 郑丽萍, 等. 镍基耐蚀合金特性 进展及其应用 [J]. 甘 图 5 NGC/WC/G 复合熔覆层的 EDS 图 Fg.5 EDSmppngfNGC/WC/Gcmpcng 肃工业大学学报,2002,28(4):28. 5 YngRuchng,WngHu,ZhngLpng,.Chccnd chndfhghpfmncngbcnncg
添加碳化钨和石墨改善真空熔覆 NGC 基合金涂层的极化行为 / 杨贵荣等 929 y[j].junfgnuunvyftchngy,2001,15(11):21 (nchn). 杨瑞成, 王晖, 郑丽萍, 等. 高性能镍基耐蚀合金的特性与研究动向 [J]. 甘肃工业大学学报,2001,15(11):21. 6 Sun Hun,LnChn,T Hngw,.Cnncf vcuumhghgfquncynducncddng N60GWCcmpcG ng[j].chnsufcengnng,2013,26(6):35(nchn). 孙焕, 林晨, 陶洪伟, 等. 真空高频感应熔覆 N60AGWC 复合涂层的耐蚀性 [J]. 中国表面工程,2013,26(6):35. 7 ZhuBn,HuMun,ChnL,.Rchufcckngn cddngy[j].htmnfm,2000,7(3):6(n Chn). 祝柏林, 胡木林, 陈俐, 等. 激光熔覆层开裂问题的研究现状 [J]. 金属热处理,2000,7(3):6. 8 SuXnyng,ZhuXngn,CuHu,.Rchpgn cdgdynmcpychngy[j].sufctchngy,2007,36 (5):17(nChn). 苏贤涌, 周香林, 崔华, 等. 冷喷涂技术的研究进展 [J]. 表面技术, 2007,36(5):17. 9 陈文威. 金属表面涂层技术及应用 [M]. 北京 : 人民交通出版社,1996:5. 10 QJnh.Thudynhmcucundppfpm cdddngbycng[d].hf:hfunvyftchg ngy,2014(nchn). 乔金士. 等离子熔覆镍基合金涂层组织结构与性能的研究 [D]. 合肥 : 合肥工业大学,2014. 11 宣天鹏. 材料表面功能镀覆层及其应用 [M]. 北京 : 机械工业出版社, 2008:1. 12 ZhHu.RchnhfbcnndbgcbhvfNG bdfungcddngyn ZG45cngub[D]. Lnzhu:LnzhuUnvyfTchngy,2013(nChn). 赵虎.ZG45 表面镍基熔覆层的制备与摩擦性能研究 [D]. 兰州 : 兰州 理工大学,2013. 13 WngXuhng.RchnhfmnmchnmndppG fngc/wc+gcmpcngdpdbyvcuumcdg dngncngub[d].lnzhu:lnzhu Unvyf Tchngy,2016(nChn). 王旭升. 铸钢表面 NGC/WC+G 复合熔覆层的形成机制及性能研究 [D]. 兰州 : 兰州理工大学,2016. 14 ASM.M Hndbk[M].Bn:PWS Pubhng Cmpny, 1973. 15 FnZhun,SunDngb,YuHngyng,.SucundpG pf mybdnum bmphugnncyy cng ppdbypmpyng[j].tncnfmnd H Tmn,2005,26(2):90(nChn). 樊自拴, 孙冬柏, 俞宏英, 等. 离子喷涂钼基非晶 G 纳米晶复合涂层的 组织与性能 [J]. 材料热处理学报,2005,26(2):90. 16 Zhung,ZhngXngb,SYunn.CnncfG cd NGby[J].ThChnJunfNnfu MG,1999,9(2):70(nChn). 周融, 张祥宝, 司云森. 激光熔敷镍基合金的耐蚀性 [J]. 中国有色金属 学报,1999,9(2):70. 17 WuXngqng,HuHun,XFqn,.McucundcG nppfpmcpyngngbdcng[j].chn SufcEngnng,2011,24(5):13(nChn). 吴向清, 胡慧玲, 谢发勤, 等. 等离子喷涂镍基合金涂层的组织与耐蚀 性 [J]. 中国表面工程,2011,24(5):13. 18 MX X,Sun W F,HSZ,.Sufc mdfcnfhghg pdbynnpudnbmdn[j].sufcnd CngTchngy,2007,26(9G11):5072. ( 责任编辑 李 敏 ) 欢迎投稿 订阅及刊登广告