Fe基非晶涂层的制备及其耐磨防腐性能研究

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本文针对目前研究和应用最为广泛的SAM系列非晶合金的不足,开发出一系列兼具低成本、高非晶形成能力、高耐腐蚀和耐磨性能的新型Fe基块体非晶合金材料,并利用X光电子能谱(XPS)分析其腐蚀机制。同时,我们利用AC-HVAF和HVOF将该新型合金(Fe63Cr8Mo3.5Ni5P10B4C4Si2.5)制成高质量的非晶涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站、摩擦磨损试验仪、显微维氏硬度计以及拉曼光谱仪等研究了涂层的微观结构、电化学腐蚀和摩擦磨损性能:首先,为了降低SAM系列非晶合金中的Cr、Mo含量,制备了一系列Fe71-x CrxMo3.5Ni5P10C4B4Si2.5(x=0,4,8,10,12,14 at.%)非晶合金。通过适量Cr元素添加,合金的热稳定性得到提高。在3.5 wt.%NaCl溶液中的电化学实验显示,少量Cr元素(4 at.%)添加能够有效提高合金的耐腐蚀性能,但是当Cr含量超过8 at.%时,合金的电化学性能基本不变。过量添加反而会引起晶化,从而降低氧化膜的厚度,最终导致合金的钝化电流密度上升。XPS结果表明,x=12合金在电化学腐蚀过程中形成了更稳定和厚的氧化膜,因而具有最优异的耐腐蚀性能。尽管Cr、Mo含量较低,这些Fe基非晶合金依然表现出与SAM系列非晶合金相当的耐蚀性能。成功利用AC-HVAF和HVOF技术成功制备出高非晶含量Fe63Cr8Mo3.5Ni5P10B4C4Si2.5涂层。AC-HVAF涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中与HVOF涂层相比具有更低的腐蚀电流密度和钝化电流密度,表现出更加优异的耐腐蚀性能。我们通过一系列电化学测试进一步比较研究了二者的钝化性能。结果表明,AC-HVAF涂层表面能够更快速的形成更厚的钝化膜,与HVOF涂层相比能够提供更好地抵抗腐蚀性离子侵蚀的保护效果。另一方面,AC-HVAF涂层表面钝化膜缺陷浓度更低,表现出比HVOF涂层更高的点蚀抗性和钝化稳定性。另外,AC-HAVF涂层钝化膜更容易发生再钝化,表明其钝化膜具有更高的修复能力.AC-HVAF和HVOF涂层的磨损机理主要是氧化磨损。在干摩擦磨损条件下,AC-HAVF涂层的耐磨性能优于HVOF涂层。这主要是因为AC-HVAF涂层具有更加致密的微观结构,有利于形成更加稳定致密的氧化物摩擦层。而HVOF涂层表面在摩擦过程中易萌生疲劳裂纹,导致氧化层的破坏。尽管Fe63Cr8Mo3.5Ni5P10B4C4Si2.5涂层Cr、Mo含量较低,其耐磨性能却依然与SAM系列非晶涂层相当。
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