CN109023356A - Q235钢氩弧熔覆FeCoCrMoCBY合金涂层的研究 - Google Patents

Abstract

本发明涉及Q235钢氩弧熔覆FeCoCrMoCBY合金涂层的研究。使用钨极氩弧焊熔覆技术，通过配制比例不同的合金粉末熔覆在Q235表面，得到Fe_48‑xCo_xCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(x＝0,7,9)合金涂层。研究了合金粉末的球磨时间、涂层厚度、干燥保温时间、焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数对涂层性能的影响。利用金相显微镜、X射线衍射仪、维氏硬度计、电化学工作站对铁基合金涂层的显微组织、物相、维氏硬度、耐腐蚀性进行研究。

Description

Q235钢氩弧熔覆FeCoCrMoCBY合金涂层的研究

技术领域

本发明涉及非晶合金涂层领域，特别是涉及Q235钢氩弧熔覆FeCoCrMoCBY合金涂层的研究。

背景技术

二十一世纪的现代化建设是信息化与工业化的交融，而各种工业产品也应用于各种复杂特殊的环境中，包括高温、低温、高压、强腐蚀性、高速等一种或多种情况下，而作为大多数产品的原材料的钢铁在所处工作环境中可能遭遇撞击、磨损等磨损、断裂、形变和表面破坏更是比比皆是，由此限制了钢铁材料的使用范围，并且降低了产品的使用寿命，减少了应用领域，更是在产品使用过程中易产生安全事故和造成经济损失。Q235钢作为应用广泛的工业原材料，正是由于其价格低廉，且性能优异等特点，使用量巨大，应用于建筑业、造船业、制造业等领域，但由于Q235钢表面耐腐蚀性能不好，且硬度不高，制约其使用范围。

而表面熔覆技术是一种近些年来兴起并迅猛发展起来的新型技术，能够在使用较低成本的前提下在工件表面制备出兼具耐磨损、耐腐蚀、高硬度的复合涂层，优化产品的整体性能，增强可靠性，延长使用时间，节约企业的成本，从而增加了经济价值。钨极氩弧熔覆在进行实际运用时冶金反应相对简单，并且操作性强，能得到理想状态下的涂层。并且氩弧熔覆过程中钨极处的电弧极稳定，在微小的电流下也能较轻松的引弧和燃烧，因此适用于对薄板材料进行熔覆。利用氩弧熔覆合金粉末涂层于Q235钢基体上，提高表面的耐腐蚀性，硬度等，使其整体性能获得较大的提升。

表面熔覆技术是一种通过加热外添加合金使其与基体熔化并形成冶金合金，从而制备出兼具各种优异性能的表面涂覆层。在现有的基体表面熔敷出一层合金层，不但可以保留基体原有的机械性能，而且能大大增强表面耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性及硬度等，很好的延长了产品的使用时间，降低了安全风险，具有较好的经济性。而目前的表面熔覆技术包括感应表面熔覆、激光表面熔覆、等离子熔覆、热喷涂技术、堆焊表面熔覆以及钨极氩弧熔覆等。

钨极氩弧熔覆不同于以上其他技术之处在于其钨极处的氩弧气体下热量集中，能量密度介于自由电弧和压缩弧之间，并且操作灵活性高。采用氩弧熔覆制备涂层过程在加热冷却中无氧化烧损现象。氩弧焊具有较多优点：

(1)熔池在氩气的保护作用下，合金元素烧损量较少，因而是一种较为主流的熔覆方法，这种技术手段不但可以使表面得到改性，增强各种优异性能还能获得较理想的熔深；

(2)在熔覆过程中，电极以及电弧区与熔化金属同时处在惰性气体——氩气的保护下，从而能处于较理想隔绝空气的状态，减少了熔化过程中金属出现氧化等不利反应；

(3)钨极氩弧焊设备较其他熔覆技术价格更加低廉且操作更加简单方便，技术也更容易推广和普及；

(4)氩弧熔覆可以实现一系列激光熔覆等难以实现的形状复杂、大件的以及工作现场处在野外等有局限条件下的熔覆。

钨极氩弧熔覆主要有三种较为常见的技术，即预涂合金粉末钨极氩弧直接熔入法、合金焊丝钨极氩弧直接熔入法和合金元素间接熔入法。

钨极熔覆材料包含两种，一种是基体材料，另外一种是预涂于基体的熔覆层材料。

基体材料选择目前工业生产中使用较为广泛的金属材料，这样才能在不对已有生产过程造成较大影响的情况下通过增加熔覆层提高经济价值，减少生产成本。故可选择的基体材料包括碳素钢、铸铁、铝合金、锰合金、铬合金、镁合金等。而Q235钢大量应用于建筑及工程结构，多用于制造钢筋厂房房架、桥梁、车辆、船舶等机械零件，具有较大的使用价值和研究价值。但是Q235钢的耐腐蚀性、表面硬度等性质较差，多用于制作对性能要求不太高的机械零件中，不利于Q235在某些范围内的使用，限制了其应用领域。目前的表面熔覆技术大多数通过以氩弧为热源加热合金粉末或非合金类如陶瓷粉末等，使其与基体表层迅速升温并熔化，并互相交融从而得到含有不相同的成分，并且性能也大为改善的合金熔覆层，从而显著改善基体材料表面的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性、耐氧化性、增加硬度等的工艺。故对熔覆层合金粉末的选择也成为关键性的一步。合金粉末在高温熔覆过后能形成各种不同的化合物，而化合物能增加其表面的耐磨性与硬度，并且合金的熔点较原来的基体金属铁降低了很多，在用氩弧焊的过程中也降低了熔覆难度。而自熔性合金是指具有除气、脱氧、浸润性能优异、造渣的合金，具有自我脱氧和造渣的功能，即自熔性。

自熔性合金又由于其主要成分的差异细分为：镍基自熔合金、钴基自熔合金与铁基自熔合金三大类。这些合金在熔覆层表面能形成薄膜，防止合金元素被氧化，并且硼还能降低合金的熔点，增加合金的浸润作用，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。而铁基自熔性合金是使用较为广泛的一种类型，其中高碳高铬型自熔性合金，由于成分中存在较高比例的碳和铬，经共晶生铁，得到的熔覆层组织中存在较多的硼化物、碳化物，硬度较高，耐磨性及耐腐蚀性较好。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本申请将钴单质、铬单质、钼单质、碳单质、纯硼、钇单质以适当的比例添加到铁基粉末中，配制得到不同种类的合金粉末作为熔覆材料。通过分析不同配比的熔覆材料在Q235钢表面涂层中的性质，研究涂层的性能以及组织结构以及改善表面性能的原因，推广氩弧熔覆这一表面改性技术在实际生产生活中的应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种在Q235钢表面钨极氩弧焊熔覆铁基合金耐腐蚀涂层的方法，包括：

将Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y七种合金粉末混合均匀，球磨，得混合粉末；

向混合粉末中加入水玻璃，混合均匀，涂覆在Q235基体表面，干燥，采用钨极氩弧焊进行熔覆处理，即得非晶合金涂层。

本申请在熔覆层粉末元素中选择铁、钴、铬、钼、碳、硼、钇元素。其中选用钴元素、钼元素、钇元素的理由为：钴将合金结构中另外金属碳化物晶粒粘结起来，使新产物获得更好的韧性，而且钴对硬质相还具有优异的润湿性，减少表面对冲击的敏感性，此外钴对晶间腐蚀还起到一定的延迟作用，这种合金成分熔覆在零件表面，可使零件的使用时间延长3～7倍。钼的主要作用是增强合金在还原性介质(比如硫酸，磷酸、有机酸以及尿素等环境中)的抗腐蚀性能，此外还能增强合金的耐点蚀及缝隙腐蚀等能力，合金中加入钼还可以提高弹性极限及耐火性能。钇能作为钢铁及有色合金的添加剂，能增强这些金属的抗氧化性和延展性。在一些实施例中，所述Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y的摩尔比为48-x：x：15:14:15:6:2，其中，x为0,7,9。

尽管激光熔覆技术在近年来得到了快速发展，但由于成本较高、工艺条件苛刻，因此，主要应用于高端金属零件修复市场。为了满足中低端金属零件修复市场的使用要求，本申请选择采用钨极氩弧焊熔覆制备FeCoCrMoCBY合金涂层，但研究中发现：由于合金粉末中原料种类较多，直接混合后，各原料间的分散性较差，易因混合合金粉末与钨极氩弧焊熔覆工艺匹配性差导致形成的合金涂层耐腐蚀性不佳。为此，本申请***研究了多种混合工艺对FeCoCrMoCBY合金粉末的混合效果及钨极氩弧焊熔覆效果的影响，经过大规模实验摸索后，发现：采用特定工艺的球磨处理后的FeCoCrMoCBY合金粉末与钨极氩弧焊熔覆工艺的匹配度较高，能够有效地促进Fe-Cr相在基体中生成和均匀弥散，且Fe₂B与Fe₂₃(C,B)₆等硬质相的含量也较高，因此，制备出的FeCoCrMoCBY合金涂层具有高耐腐蚀性和高硬度。

本申请研究发现：与一般的净化剂相比，B₂O₃熔点很低，在FeCoCrMoCBY合金熔融时，对氧化物夹杂吸附效率更高，合金熔液的纯净度更好。

在一些实施例中，所述球磨采用不锈钢球磨罐和氧化锆研磨球，所选球料比为15:1。

在一些实施例中，所述球磨采用2种规格不同的研磨球，直径大小分别是10mm和5mm，数量比为1:8。

在一些实施例中，所述球磨时间为32小时，转速为100转/分钟，运转模式为正反转交替进行，转动30min，停机10min。

在一些实施例中，所述混合粉末涂覆在Q235基体表面的厚度为1～2mm。

在一些实施例中，所述干燥的具体步骤为：在80～120℃和120～160℃分别烘干2小时和1小时。

在一些实施例中，所述钨极氩弧焊的电流大小为115～120A，电压13～14V，氩气流速选定8～10L/min，氩弧焊钨极移动速度为0.4～0.6米/分钟，电弧长度2～4mm。

本申请提供了任一上述的方法制备的耐腐蚀涂层。

本申请还提供了负载有上述的耐腐蚀涂层的Q235钢在制造模具零件、钢筋、厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器或船舶中的应用，其特征在于，所述模具零件包括：冲头、模具把手。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本申请是通过钨极氩弧熔覆技术，通过配制成分不同的合金粉末涂覆在作为基体的Q235钢表面，再通过氩弧焊高温进行熔覆得到具有优于基体的表面熔覆层。通过表面对熔覆层的金相显微组织观察拍摄、XRD物相分析以及进行表面硬度测试、表面耐腐蚀性测试对熔覆层表面进行性能分析，综合各种因素和影响，得出以下主要结论：

1)采用钨极氩弧焊熔覆技术可以得到外形良好结合处牢靠的表面熔覆层。

2)通过物相分析可知，X＝7的熔覆层的衍射峰高度明显低于其他熔覆层，说明其中的晶体成分更少，而其衍射峰半高宽更宽，说明晶粒的尺寸更小，并且X＝7的涂层中含有其他成分涂层都没有的硬质相Fe₂₃(C,B)₆相，并且X＝9的Fe-Cr相衍射峰最高。

3)通过维氏硬度测试可知，含有Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(X＝0,7,9)熔覆层的表面硬度较基体都得到了大大的提高，其中X＝7的硬度平均高达689.85HV0.1，是基体硬度的4.4倍，涂层中新生成的硬质相Fe₂B相、Fe₂₃(C,B)₆能够提高熔覆层表面的硬度。

4)通过电化学腐蚀实验，熔覆层的腐蚀电流密度比基体明显小得多，X＝9的涂层腐蚀电流密度平均低至3.75455×10^-6A/cm²，远远低于基体的电流密度9.8757×10^-5A/cm²，涂层新生成Fe-Cr相含量更高，耐腐蚀性也更好。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1电源接法对熔覆涂层的影响；

图2涂层中B₂O₃对涂层性能的影响；

图3熔覆涂层同比例的XRD分析结果。(a)基体；(b)X＝0不加B₂O₃；(3)X＝7，加B₂O₃；(4)X＝9，加B₂O₃。

图4熔覆涂层的金相图。(a)基体；(b)X＝0不加B₂O₃；(c)X＝7，加B₂O₃；(d)X＝9，加B₂O₃。

图5基体、x＝0不加B₂O₃、x＝0加B₂O₃、x＝7不加B₂O₃、x＝7加B₂O₃、x＝9不加B₂O₃、x＝9加B₂O₃试样的极化曲线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在Q235钢非晶合金涂层耐腐蚀不佳的问题，本申请提出了一种在Q235钢表面钨极氩弧焊熔覆铁基合金耐腐蚀涂层的方法，下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

(一)实验材料

1.基体材料

基体材料选用轧制的Q235钢，由于放置时间及放置环境的原因，钢表面存在锈蚀、污渍和油脂等，这些影响因素都会对接下来的表面熔覆过程产生不利影响，故在涂层熔覆之前对基体表面进行预处理。先使用角磨机将Q235钢表面的锈渍进行清除并将其表面打磨光亮，之后使用脱脂棉蘸取无水乙醇对表面进行擦除和清洗，随后使用吹风机将乙醇吹干，置于干燥箱中备用。

2.熔覆涂层的制备

(1)合金涂层材料选取

选择Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y七种合金作为制备的材料，各元素摩尔比为48-x：x：15:14:15:6:2，即Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(x＝0,7,9)。其中各不同成分的粉末的总质量为20g，每种不同成分的粉末各配制两份，其中一份不做处理，另外一份加入原粉末质量10％的三氧化二硼；对每份粉末做好标记，贴好标签。

(2)对合金涂层材料粉末的处理

将配制好的混合粉末放在球磨机中研磨均匀。采用不锈钢球磨罐和氧化锆研磨球，所选球料比为15:1；使用2种规格不同的研磨球，直径大小分别是10mm和5mm，数量比为1:8.锆球和粉末的总体积应占到球磨罐的1/3为宜，球磨时间为32小时，转速为100转/分钟，运转模式为正反转交替进行，转动30min，停机10min。

(3)粉末的涂制

将水玻璃作为粘结剂，把配制好的粉末与其调制均匀，涂在Q235基体表层，预留厚度为1～2mm，然后将试样放在烘干机中，在80～120℃和120～160℃分别烘干2小时和1小时。

(4)氩弧熔覆制备非晶合金涂层

氩弧熔覆制备工艺参数包括：焊接电流的极性在熔覆涂层前先进行预实验，比较交直流的特点再选择采用交流或直流，电流大小为115～120A，电压13～14V，氩气流速选定8～10L/min，氩弧焊钨极移动速度为0.4～0.6米/分钟，电弧长度2～4mm，根据实际经验选择参数特征为：电流大小为120A，电压13V，氩气流量为10L/min，氩弧焊钨极移动速度为0.5米/分钟，电弧长度3.5mm。

3.实验设备

在实验和分析过程中采用了多种设备，现将使用的主要设备及其型号罗列如下：

·电子秤

·角磨机

·球磨机氧化锆球不锈钢罐

·烘干机

·钨极氩弧焊设备

·控制钨极移动速度的小车

·上海辰华chi660e电化学工作站

·MHV-100Z型数显显微维氏硬度计

·AxioCam ERc 5s显微镜相机

·XQ-1金相试样镶嵌机

·Rigaku Ultima IV X射线衍射仪

(二)涂层的显微组织及物相分析

1.显微组织分析

金相学的产生与发展为研究材料学提供了另外一种思路，由此延伸出的研究与分析也有了革命性的突破，而金相学的研究与分析主要是通过依靠金相显微镜、体视显微镜等对研究对象的显微结构、低倍数下组织结构和断口显微组织等显微情况来分析与表征的新兴学科，其中包括材料在显微下的成像，以及它的定性与定量表征，也兼有观察前的试样制备、前期预处理以及取样手段等。其中最能体现和表征构成金属材料特性的包括相和相组成物、晶粒或亚晶粒、非金属夹杂物以及某些晶体所含有的缺陷如多种类型的位错等的分布、大小、形貌、取向、数量以及在空间位置的排布状态等。

在使用金相显微镜观察拍摄显微组织结构之前，首先要对试样进行处理，其处理过程为：

(1)用切割机把带有熔覆层的基体切割成尺寸大小一致的10mm×10mm×9mm的试样。

(2)将试样放入到镶嵌机中，倒入适中的热固性树脂镶嵌粉，旋紧手轮，设置加热温度为150摄氏度，保温时间8分钟，冷却时间20分钟后取出试样。

(3)对镶嵌好的试样进行磨抛。将400目、600目、800目、1000目、1500目和2000目的金相砂纸分别放置到抛磨机上，调节好水流大小，启动抛磨机，用手拿住试样时一定要用力均匀，不能只按住一个方向，并且在抛磨15秒后转动30度左右继续抛磨，保证试样受力均匀。每一次更换砂纸前观察被磨面是否有划痕，以及光亮度是否一致，以达到被测面都在一个水平面上。

(4)当待测面都达到所需要求后对其面进行腐蚀，首先配制6％的硝酸溶液，用3ml的硝酸和47ml的无水乙醇调制。使用棉签蘸取6％的硝酸溶液涂抹在待测面上等待10秒后喷涂上乙醇溶液进行清洗，后用吹风机将待测面吹干。

将处理好后的金相试样放在金相显微镜上，放大倍数按照从小到大的原则逐渐增加，依次为50倍、100倍、200倍、500倍，对试样表面进行观察调试，寻找到成像最清晰，涂层效果较好的位置进行拍照并做好比例尺。

2.XRD物相分析

X射线衍射仪是利用光的衍射原理，由于晶体材料结构的特殊性，在待测晶体与入射线的角度不相同情况下，满足布拉格衍射公式的晶面就会表现为代表不同的衍射强度的衍射峰成现在衍射图谱上。通过X射线衍射仪能较为精确的测定材料所含有晶体种类，便于进行定性、定量的分析，实现相对准确的物相研究。

将带熔覆层的基体用切割机切成10mm×10mm×9mm大小一致的试样，放置在专门盛放试样的盖片上，装在型号为Rigaku Ultima IV X射线衍射仪上进行物相分析。

(三)涂层性能检测方法

1.维氏显微硬度测试

切割机把带有熔覆层的基体切割成尺寸大小一致的10mm×10mm×9mm的试样，放置在型号为MHV-100Z型数显显微维氏硬度计台上，调节试验力为0.9807N(100gf)，调整力保载时间为10秒，每个试样至少更换3个测试点进行多次取值以便有较强的可靠性。

2.电化学腐蚀试验

本申请通过使用电化学工作站来对基体表面的涂覆层的耐腐蚀性进行分析比较。采用上海辰华的chi660e型号的电化学工作站，甘汞电极作参比电极，铂电极作辅助电极，工作电极与待测试样连接。由于只有待测面是涂覆层，故需要对其他五个非涂覆层进行涂封预处理，主要步骤为：

(1)用切割机将带有熔覆层的基体切割成10mm×10mm×9mm的腐蚀试样，并用1000目的砂纸手工对试样表面进行打磨，除去表面的熔渣以及氧化层，注意不要使劲过大导致磨去涂层；

(2)将试样放在乙醇溶液中并进行超声波清洗，使用镊子取出后吹风机吹干；

(3)用钻孔机将熔覆层背面打出一个小孔，把铜线一端放入小孔中，并使用电烙铁把焊锡与铜线焊接固定试样上；

(4)用热熔枪将除含有涂覆层的另外五个面全部包裹涂封起来，保证只有待测面暴露在外面。

电化学腐蚀实验中的盐桥为鲁金毛细管，故先配制过饱和的氯化钾溶液：称量16g的氯化钾粉末，并用量筒取出50g的蒸馏水，将二者倒入到干净的烧杯中，使用玻璃棒搅拌加速溶解，看到杯底还有少量未溶解的氯化钾即可。

配制在腐蚀实验中工作电极所处的电解溶液，即质量分数为6.76％的氯化钠溶液。称量14.5g的氯化钠粉末倒入到干净的烧杯中，并用量筒称取200g的蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至氯化钠完全溶解。

上述准备工作完成后进行电化学腐蚀实验，步骤为：

(1)取出鲁金毛细管，用胶头滴管吸出饱和氯化钾溶液加入到鲁金毛细管中，将甘汞参比电极***到鲁金毛细管中；

(2)取出电化学实验的反应容器，将6.76％的氯化钠溶液倒入其中，从容器上方***辅助电极(铂电极)、工作电极、参比电极，按照要求与各自的导线用夹子连接，打开电化学工作站，打开电脑上的软件，首先测试开路电压，后利用开路电压测得Tafel曲线。

(四)熔覆层的表征

根据电弧焊原理可知，氩弧焊电源接法对焊接性能有重要影响，直流正接时，母材接阳极，熔覆时母材熔化较多；通交流电时，母材在接阴极阶段会有阴极清理作用。图1给出了电源接法对熔覆涂层的影响。从图1中可以看出，在采用直流正接焊熔覆出的表层深而窄，而交流熔覆增大了宽深比，所表现出的熔覆层浅而宽，有利于获取面积更大的熔覆层，便于下面步骤制取试样，且因有阴极清理作用，涂层表面较亮，故选用交流熔覆技术。

因使用的涂层材料纯度较低，涂层中不可避免有夹杂。B₂O₃熔剂熔点低，可保护熔池，且可吸附夹杂物，对涂层有净化效果。通过X＝7的试样可以看出不加B₂O₃的熔覆层宽度更窄，熔深更小，而添加了B₂O₃的试样熔覆层更宽，熔覆效率更高。并且由于B₂O₃的净化作用，熔覆层的成形有更大的改善，形成了较为明显的鱼鳞纹，提高熔覆的效果。

图3给出了Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(x＝0,7,9)成分的熔覆层以及作为对照的基体的XRD。从图3中可看出，基体中只有Fe相，而X＝0且未加B₂O₃的涂覆层、X＝7且加B₂O₃的涂覆层、X＝9且加B₂O₃的涂覆层中主要有Fe相、Fe-Cr相、Fe₂B相、Cr_1.36Fe_0.52相、Cr相。并且X＝7的图谱中还有Fe₂₃(C,B)₆和Cr₇C₃相,且其Fe-Cr相衍射峰高度较X＝0与X＝9的高度更低得多，说明晶体含量更少。由谢乐公式表达式D＝Kλ/Bcos可计算晶粒尺寸大小，在X＝0，X＝7，X＝9的对比图中可以看出，其中X＝7的衍射峰半高峰的宽度明显更宽，而半高峰的宽度与晶粒大小成反比，说明X＝7的晶粒比X＝0，X＝9的晶粒尺寸更小，而相对比来说，X＝9的半高峰的宽度最小，说明晶粒尺寸最大，而X＝0的半高峰宽度较X＝9的窄一点，晶粒尺寸则稍微大了一点。

图4熔覆涂层的金相图。(a)基体；(b)X＝0不加B₂O₃；(c)X＝7，加B₂O₃；(d)X＝9，加B₂O₃。使用金相显微镜在放大200倍下拍摄的显微组织结构：从图4(b)、(c)、(d)熔覆层的金相图中看出，在镶嵌料与基体材料之间存在明显的一层明亮的组织，这是经过氩弧熔覆的涂层。其中图4(c)中的X＝7的熔覆层颜色与基体接近，表明其耐腐蚀性跟基体相差较小。而图4(b)和(d)中X＝0与X＝9的涂层的亮度比其基体明亮得多。对比基体Q235钢在经过硝酸溶液腐蚀后观察到的晶粒组织，另外三个熔覆层的未观察到明显的晶体组织结构。

(五)熔覆层的性能分析

1.熔覆层的硬度分析

表1中为熔覆层表面的维氏硬度实验检测结果。由表1可知熔覆层的平均维氏硬度最大可为698.7HV0.1，最小为246.3HV0.1，而基体表面的硬度为157.3HV0.1。通过硬度值比较可得，含有熔覆层的硬度明显大于未覆有涂层的基体表面硬度，说明氩弧熔覆涂层可以提高材料表面的硬度。

生成高硬度涂层的关键之处是形成了合理的硬质相，并且产生的硬质相的类型和颗粒大小也会对整体的硬度产生影响，硬质相的硬度越高，产生的数量越多，在基体中弥散得越均匀，涂层整体的硬度越高。从图3涂层XRD图谱中可以观察到，熔覆层表面生成了Fe₂B硬质相，再加上Cr对基体的固溶强化作用，且Co对硬质相也具有较好的润湿性及良好的粘结性，从而提高了基体表面的硬度。而在Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂中当X＝7时熔覆层的硬度最大，从XRD图谱分析也得知其中的硬质相Fe₂B比X＝0与X＝9的含量更多，并且其中还有较另外两个熔覆层多得多的硬质相Fe₂₃(C,B)₆相，可知随着Fe₂B与Fe₂₃(C,B)₆含量的增多，涂层的硬度也会有显著提高。

表1涂层表面的维氏硬度值(HV0.1)

2.熔覆层的耐腐蚀性能分析

首先测出开路电位(OCPT)，即电流密度为0时的电极电位，也就是不带负载时工作电极和参比电极之间的电位差。通过比较开路电位可以很方便的测量与判断金属的腐蚀几率，但是却无法得知金属得的腐蚀速率及腐蚀情形。在进行开路电位测试时，要求得到的开路电位为稳定电压，即一分钟波动不超过1mv或两分钟波动不超过3mv。

通过上述方法得出开路电位后，在测Tafel图象时，在该电位的基础上加减300mv的范围Tafel图，选择扫描速率为5mv/s，灵敏度勾定为自动灵敏度调整。

对试样依次进行测试，绘制得到了Tafel极化曲线。

表2电化学腐蚀测试结果

由图5和表2可知，经过氩弧熔覆过表面的试样的腐蚀电流密度明显低于没有涂覆过的基体的腐蚀电流密度,而腐蚀电流密度越小则代表材料的耐腐蚀性越好，故通过电化学腐蚀实验可得知，有涂覆层的试样的耐腐蚀性能较基体得到了大大提高，而耐腐蚀性表现最好的是X＝9的涂层，比X＝7的好得多，比X＝0的效果好一些。

一般而言合金的组织形态对其表面的耐腐蚀性会产生很大的影响，在多相合金中，当相越细小、越分散的以夹杂形式存在时，越可能形成微电池，造成耐腐蚀性降低。而一般而言，在成分大致相同的情况下，相同相的衍射峰半高峰的宽度与晶粒大小尺寸有一定联系，即晶粒尺寸大则衍射峰半高峰宽度窄，而X＝7的XRD的图谱中，其衍射峰的半高峰宽度比另外两个熔覆层的更宽，说明其晶粒的尺寸更小，而X＝9的半高峰最窄，说明晶粒尺寸最大，而晶粒尺寸大的其晶界处的Cr浓度比尺寸小的晶界附近的Cr浓度要高，进而使晶粒尺寸大的敏化度更低。并且与耐腐蚀性关系最紧密的是Fe-Cr相，即Fe-Cr相在基体中弥散得越均匀、含量越高，越能减少腐蚀速率，有利于提高它的耐腐蚀性，X＝9的Fe-Cr相峰高度最高，X＝7的Fe-Cr相衍射峰高度最低。并且X＝7的熔覆层中还存在Cr₇C₃相，当Cr₇C₃在晶界析出时，其晶界附近的C与Cr的浓度会下降，附近的C和Cr会扩散过来，且碳化铬形成的C可从晶粒内获得，而Cr主要是由附近的晶界中获得，由于Cr原子半径更大，扩散速度更慢，不容易向边界弥散，所以Cr在晶粒内扩散比在沿晶界困难。而Cr原子的扩散速度快于Fe原子，导致晶界处的Cr含量下降，形成贫Cr区，对晶间腐蚀性能有害。故在耐腐蚀性实验中X＝7的腐蚀电流密度最大，耐腐蚀性最差，而X＝9的电流密度最低，耐腐蚀性最好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在Q235钢表面钨极氩弧焊熔覆铁基合金耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括：

将Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y七种合金粉末混合均匀，球磨，得混合粉末；

向混合粉末中加入水玻璃，混合均匀，涂覆在Q235基体表面，干燥，采用钨极氩弧焊进行熔覆处理，即得非晶合金涂层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Fe、Co、Cr、Mo、C、B、Y的摩尔比为48-x：x：15:14:15:6:2，其中，x为0,7,9。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金粉末中还加入质量分数为1～10％的B₂O₃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨采用2种规格不同的研磨球，直径大小分别是10mm和5mm，数量比为1:8；

所述球磨采用不锈钢球磨罐和氧化锆研磨球，所选球料比为15:1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨时间为32小时，转速为100转/分钟，运转模式为正反转交替进行，转动30min，停机10min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合粉末涂覆在Q235基体表面的厚度为1～2mm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥的具体步骤为：在80～120℃和120～160℃分别烘干2小时和1小时。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钨极氩弧焊的电流大小为115～120A，电压13～14V，氩气流速选定8～10L/min，氩弧焊钨极移动速度为0.4～0.6米/分钟，电弧长度2～4mm。

9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的耐腐蚀涂层。

10.负载有权利要求9所述的耐腐蚀涂层的Q235钢在制造模具零件、钢筋、厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器或船舶中的应用，其特征在于，所述模具零件包括：冲头、模具把手。