热喷涂钴基合金涂层的耐气蚀性能
王华仁
国外金属热处理
摘 要 评价了用于耐蚀涂层的热喷涂钴基合金涂层的抗气蚀性能。钴基合金涂层分别用低压等离子喷涂(LPS)和高速氧燃料气火焰喷涂(HVOF)喷涂在AISI 304不锈钢基体上,其中每种涂覆试样的一半试样进行了1 073 K×1 h的后续加热处理。在本试验中,为了进行评价而测量了试样的重量损失。
由气蚀试验得到如下结果:1)用LPS喷涂的两种涂层(喷后加热处理的和喷涂态的)比HVOF涂层具有更优越的抗气蚀性能;2)对于LPS喷涂层,喷后加热处理过的涂层与喷涂态的涂层具有相同的重量损失;3)对HVOF涂层喷后热处理非常有效地改善了抗气蚀性能。
关键词：LPS；HVOF；钴基涂层；耐气蚀性能
0 前言
由于钴基合金具有诸如耐腐蚀、耐热和高硬度等优越性能,故钴基合金堆焊层通常被广泛用于许多工业领域的抗腐蚀涂层[1]。另一方面,与堆焊工艺相比,热喷涂具有诸如对基体的热影响小、变形小和生产效率高等优点。在本试验中,评定了热喷涂钴基涂层的抗气蚀性能。本试验的结果表明,这些涂层作为耐气蚀涂层是有效的。
1 试验过程
1.1 材料及工艺
表1为用于热喷涂涂层的钴基合金材料的化学成分,该材料是Deloro司太立公司生产的司太立6#。用低压等离子喷涂法(LPS)和高速氧燃料气火焰喷涂法(HVOF)在SIAI403不锈钢基体上喷涂钴基合金涂层。另外,为了测试喷后热处理的影响,每种试样的半数试样均在喷涂后进行了1073 K×1 h的加热处理。暴露在气蚀环境中的试验区的表面采用抛光砂纸进行了磨光。经金相抛光并用3%铬酸电解腐蚀后的表面组织如图1所示。
HVOF涂层中有许多未熔颗粒和很多气孔。当然,在LPS涂层中也存在未熔颗粒,不过其颗粒与基体之间的界面具有良好的结合,因为与HVOF涂层相比,LPS涂层呈现出较高的致密性。在这些图片中不能看出热处理的影响。每种涂层的维氏硬度列于表2。
2.2 气蚀试验
气蚀试验采用图2所示的振动装置进行。气蚀试验包括测量直径16 mm试样的质量损失。该试样装在超声波振动臂的端部,在蒸馏水槽内以20 kHz的频率,50μm的振幅振动。这些试验条件是根据ASTMG32[2、3]确定的。试验周期为1 h,每隔5 min检测试样的质量损失。
2 结果和讨论
表3列出了气蚀试验的结果,所有热喷涂涂层均具有优于403不锈钢的耐气蚀性能。喷涂态的HVOF涂层是热喷涂涂层中被气蚀最严重的,但其质量损失也仅约为403不锈钢材料的一半,而经喷后热处理的HVOF涂层的气蚀损失仅为喷涂态的三分之一。该事实表明,喷后热处理大大地改善了喷涂态的HVOF涂层的耐气蚀性能。
两种LPS涂层均表现出了优越的耐气蚀性能,经1 h的气蚀暴露后,仅导致5 mg以下的腐蚀,对LPS涂层而言,喷后热处理对其抗气蚀性能影响很小。气蚀失重与暴露时间之间的关系如图3所示,在40 min以前,304不锈钢和HVOF涂层的气蚀失重均随暴露时间的延长而增加,但LPS涂层在整个试验周期内仅有轻微腐蚀。
图4表示试样在试验前和气蚀暴露1 h后的外观形貌。对每个照片还附有该试样的表面粗糙度曲线。试验前的试样表面是磨光了的,而热处理后的HVOF涂层的表面作为典型的表面示于图4。可以清晰地观察到HVOF和LPS涂层表面的明显区别,在两种LPS涂层中,几乎没有凹坑,因而很难观察到这些凹坑。
喷涂态的HVOF涂层比LPS涂层损伤得更为明显,在喷涂态的HVOF涂层中,观察到许多凹坑,但经热处理后的HVOF涂层仅有轻微腐蚀。根据表面形貌来判断,涂层的破坏与气蚀试验中的质量损失的结果是一致的。
涂层在气蚀环境中暴露1 h后的表面SEI(二次电子图象)成相照片示于图5。可以观察到在HVOF涂层的粒子界面确实遭受损坏。看来这种气蚀开始于涂层中的粒子界面和孔隙。经热处理后的HVOF涂层其气蚀损失比喷涂态的HVOF涂层低。这被认为是由于热处理改善了HVOF涂层中粒子界面的结合。另一方面,LPS涂层仍然保持其光洁的表面。LPS涂层与其它热喷涂涂层相比具有较少的孔隙。且粒子间具有较强的结合。该发现表明,LPS涂层具有优越的抗气蚀性能。
表4列出了涂层的显微硬度及其在气蚀试验前后的变化率,所有涂层在气蚀试验后都变硬了。可以认为,此现象乃加工硬化所致[4、5]。
3 结论
由本研究可以得出如下结论:1)两种LPS涂层(喷后热处理的和喷涂态的)都表现出比HVOF涂层更优越的耐气蚀性能;2)对于LPS涂层,喷后热处理的涂层与喷涂态的涂层具有同样的重量损失;3)对于HVOF涂层,喷后热处理可以显著地改善其耐气蚀性能。
图略
参考文献略
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