低碳钢表面等离子喷涂复合涂层的耐腐蚀性能研究

陈光+++王毅+++张益民+++刘小东

摘 要：文章以150-400目Fe450和15-45μm的WC-10Co-Cr4为热喷涂粉末，采用大气等离子喷涂技术，分别以两种不同的工艺参数制备复合涂层，分别编号为Fe1、Fe2、WC1、WC2。借助扫描电子显微镜，分析了四种涂层的显微形貌，并且对四种涂层的耐腐蚀性能进行了对比。试验结果表明，WC2涂层的耐腐蚀性能最高，WC1涂层的耐腐蚀性能最低，耐腐蚀性能从高到低顺序为WC2>Fe1>Fe2>WC1。

关键词：大气等离子喷涂；WC-10Co-Cr4；耐腐蚀性能

1 概述

随着科技和工业的不断发展，金属工具被广泛使用，随之出现的金属腐蚀问题也越来越严重，对材料性能的要求也越来越高，腐蚀是指材料和各种不同的环境间发生的化学、电化学和物理作用而导致材料功能受到损伤的现象。特别是在工业革命以后，随着现代航空、海洋技术的不断发展，对金属腐蚀和防护的要求比以往时期都备受重视[1]。据统计，每年由于腐蚀而不可修复使用的设备和金属材料相当于金属年产量的25%，而且金属材料是一种不可再生资源，对解决金属腐蚀问题已刻不容缓[2]。

2 实验材料和方法

试验基体材料使用的Q235钢，试样尺寸为90mm×40mm×4mm，文章先整体喷涂制备涂层，然后再用线切割制备成20mm×20mm×4mm的板样用于金相观察、硬度测试和耐腐蚀实验。喷涂材料粉末WC-Co10Cr4由成都大光热喷涂材料有限公司提供，其喷涂参数如表1。

3 实验结果分析

3.1 涂层组织分析

图1、图2分别为WC-10Co4Cr和Fe450两种粉末在两种不同喷涂工艺参数下制备的涂层在显微镜下放大200倍的显微组织图像。从图1中WC1和WC2的形貌图可以看出，WC-10Co4Cr粉末在两组喷涂工艺参数下制备的涂层都有较多的孔隙，而且WC1孔隙明显多于WC2涂层孔隙，这可能是由于WC1喷涂电流（650A）小于WC2喷涂电流（700A），导致WC1涂层粉末熔化率低于WC2熔化率，粉末熔化不充分，撞击基体时会形成密闭空间，导致粉末喷涂过程中所携带的气体不能及时溢出。WC1和WC2涂层中都没有大的孔洞出现。从图2Fe1和Fe2的形貌图中可以看出，Fe450粉末在两种喷涂工艺参数下制备的涂层有明显的层状结构，涂层孔隙都较少，Fe2涂层孔隙稍多于Fe1涂层孔隙，两种涂层中均有少量大的孔洞出现，显微形貌图无明显差别，由此可知，改变电流喷涂参数对Fe450复合涂层的组织没有明显的影响。

3.2 涂层的耐腐蚀性能分析

图3为Fe1、Fe2、WC1、WC2涂层在3.5%的NaCl溶液中腐蚀的动电位极化曲线，从图中可以看出，四种涂层的动电位极化曲线的走势基本一样，电流密度都是先下降，经过一段平缓电流密度的变化，然后迅速上升。WC-Co10Cr4涂层在阳极的电流密度变化无明显减缓，由此可以WC-Co10Cr4粘结相Co基本无阳极钝化行为发生。

4 结束语

（1）涂层显微分析表明，Fe450粉末所制备的两种涂层内部致密均匀，Fe2涂层有少量孔洞，WC-10Co4Cr粉末所制備的两种涂层都非常致密均匀，涂层无明显分层，没有大的孔隙和孔洞，粒子熔化状态很好，涂层和基体结合紧密，结合处没有裂纹，粗糙度小。（2）电化学实验测试结果表明，四种涂层都没有出现阳极钝化现象，自腐蚀电流没有明显的减缓现象，WC2涂层的自腐蚀电位最高，为-0.893V，WC1涂层的自腐蚀电位最低，为-0.911V，Fe1的自腐蚀电位为-0.896V，Fe2的自腐蚀电位为-0.910V，耐腐蚀性能从强到弱依次为WC2>Fe1>Fe2>WC1。