Fe基非晶涂层制备及耐腐蚀机理研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zlyfeng
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Fe基非晶块体合金由于其优异的性能(屈服强度、硬度、耐磨损和耐腐蚀等)及低成本受到广泛关注,然而,由于其较差的塑性及成型能力,限制了块体非晶的应用范围。利用爆炸喷涂将其制备成涂层会更好地发挥其性能优势,然而,爆炸喷涂制备出的涂层会不可避免的出现孔隙,因此利用物理气相沉积技术对表面进行封孔处理提高涂层质量,能进而拓宽Fe基块体非晶的应用范围。本文将成分为Fe49.755.0Cr25.027.0Mo16.018.0B2.02.2C2.02.5(wt.)的非晶粉末在Q235碳钢表面通过爆炸喷涂技术制备出Fe基非晶涂层,并通过物理气相沉积技术在非晶涂层表面沉积Cr薄膜,通过CHI 760E电化学工作站测试其在3.5%NaCl溶液、不同浓度的H2SO4溶液中耐腐蚀性能。主要结论如下:1)研究了Fe基非晶涂层组织形貌、硬度、孔隙率等,并研究了其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性能。结果表明,涂层显示出典型的非晶相,硬度约为850 HV,微区形貌表明涂层致密无明显缺陷,孔隙率约为0.7%,微区成分表明在爆炸喷涂过程中形成了Cr7C3,Cr7C3的存在进一步提高了涂层的硬度及耐腐蚀性能;相较于Q235碳钢基体,Fe基非晶涂层具有更正的自腐蚀电位-229 mV,腐蚀电流2.8×10-6 A cm-2,更大的极化电阻值1.1×104Ω·cm2,表明涂层更加耐腐蚀;XPS元素分析结果表明,涂层在腐蚀介质中形成富含Cr、Mo的钝化膜,使其表现出优异的耐腐蚀性能;2)采用物理气相沉积技术在Fe基非晶涂层表面沉积Cr薄膜,并研究其在在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性能。结果表明:经物理气相沉积后,很好地解决了Fe基非晶涂层表面存在孔隙的问题。相较于Q235碳钢、Fe基非晶涂层,Cr-Fe基非晶涂层的自腐蚀电位为-387 mV,腐蚀电流为2.2×10-10 A,极化电阻值为2.0×105Ω·cm2,表明沉积Cr薄膜后,体系更加耐腐蚀;XPS元素分析结果表明,Cr-Fe基非晶涂层在3.5%NaCl溶液中形成富含Cr2O3、Cr(OH)3的钝化膜,提高了Fe基非晶涂层的耐腐蚀性;3)分别研究了Fe基非晶涂层、Cr-Fe基非晶涂层在0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L H2SO4溶液中耐腐蚀性能。结果表明:在H2SO4溶液中,涂层与沉积Cr薄膜的涂层均表现出优异的耐腐蚀性能,其中0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L H2SO4溶液中Fe基非晶涂层自腐蚀电位分别为-763 mV、-680 mV、-687 mV,腐蚀电流分别为1.2×10-6 A、1.1×10-6 A cm-2、1.6×10-6 A cm-2,极化电阻分别为3.7×104Ω·cm2、3.7×104Ω·cm2、2.7×104Ω·cm2;Cr-Fe基非晶涂层自腐蚀电位分别为-874 mV、-886 mV、-804 mV,腐蚀电流分别为7.6×10-7 A、1.5×10-7 A、1.5×10-7 A,极化电阻分别为5.6×104Ω·cm2、2.7×105Ω·cm2、7.4×104Ω·cm2;XPS元素分析结果表明,Fe基非晶涂层表面形成含FeSO4、Fe2O3、Cr2O3、Cr2(SO4)3的钝化膜,Cr-Fe基非晶涂层表面形成含Cr2(SO4)3、Cr2O3的钝化膜,使得涂层、沉积Cr薄膜的涂层在H2SO4溶液中表现出优异的耐腐蚀性能;
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