热浸镀镍基合金层加热重熔前后的组织结构

高治山，林涛，王楠，王立生，郭志猛

（北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083）

[摘要]  热浸镀镍基合金层结合力、耐磨性差，加热重熔可改变镀层组织结构进而改善其性能。在碳钢基体表面热浸镀镍基合金，并对镀层加热重熔，研究了热浸镀层加热重熔前后的组织结构。结果表明：加热重熔后热浸镀镍基合金层组织中树枝状共晶体消失，不连续的Cr的硼化物硬质相弥散分布在镍基固溶体中，为提高镀层的耐磨性提供了很好的保证，且镀层与基体之间存在明显的扩散过渡带，形成了很好的冶金结合。

[关键词]  热浸镀；镍基合金；Q235钢；加热重熔；组织结构；冶金结合；耐磨性

[中图分类号]   TG 174.445    [文献标识码]A    [文章编号]1001  - 1560( 2011) 01  - 0062 - 02

0前言

目前，国内外材料表面涂层制备工艺主要有等离子喷涂、爆炸喷涂、激光熔覆、热浸镀等^[1,4]。等离子喷涂和激光熔覆设备造价高，而爆炸喷涂噪声较大[列。热浸镀具有成本低、生产效率高且镀层组织缺陷少等特点，广泛应用于铝、锌镀层，制备的镀层具有良好的耐蚀性^[6，7]，但对热浸镀耐磨层的研究较少。加热重熔可改变镀层组织结构进而改善其性能。本工作在碳钢表面热浸镀耐磨、耐蚀的镍基合金，再对镀层加热重熔，研究了加热重熔对镀层组织结构的影响，以期为实际应用提供可靠的依据。

1  试验

1.1基材前处理

基材选用Q235普通碳钢板，尺寸为300 mm ×100mm ×5 mm。基材经NaOH碱洗除油和喷砂处理后，浸入助镀剂（含10%～20%ZnCl₂，20%～30%NH₄Cl和10% ～15%NH₄F的水溶液）以确保基体浸入镀液前不被氧化，从而提高基体表面活性。

1.2热浸镀层制备

镀层材料为自行配制的镍基合金，熔点为1100℃，化学成分见表1。

利用KGPS120型中频炉将镀层材料全部感应熔化，然后进行脱氧处理以保证基体浸入镀液后不被氧化，同时及时除去炉内脱氧产生的杂质，使镀液保持一定的清洁度。将中频炉内的镀液稳定在1200℃左右，整个熔炼过程在N2保护下进行以防止物料的氧化。将基体浸入镀液中，并不断移动使其表面温度分布均匀。基体在镀液中停留10 s后以一定的速率从镀液中取出，在N2保护下冷却。所得镀层厚度约为2 mm。

1.3热浸镀层加热重熔

加热重熔处理在HG-10型马弗炉中进行，通N₂保护，重熔温度1100℃，保温10 min。

1.4测试分析

用LE01450扫描电镜(SEM)观察镀层形貌，并用其自带的KEVEX能谱仪观察镀层成分。采用D/MAXRB型X射线衍射仪(XRD)分析镀层相结构。

2结果与讨论

2.1  加热重熔前热浸镀层的形貌

加热重熔前热浸镀层和热浸镀试样的断面SEM形貌见图1。由图la可知：镀层组织中树枝状共晶体较多且呈网络状分布。这很容易造成穿晶，宏观上表现为镀层塑性差、脆性大，同时也增加了镀层热裂和冷裂的可能，实际使用中很容易产生裂纹，甚至发生断裂‘引。此外，这些网络状分布的树枝状共晶体，在磨料的冲击或切割下易发生脆性断裂，当其周围组织磨耗后便与母体剥离，成为新的磨粒，使材料的磨损量增加。由图lb可知：镀层与基体之间的过渡带比较窄。这说明基体与镀层之间的元素扩散较少，两者属于微冶金结合。

图l  加热重熔前热浸镀层和热浸镀试样的断面SEM形貌

2.2加热重熔对热浸镀层组织结构的影响

加热重熔后热浸镀层和热浸镀试样的断面SEM形貌见图2，热浸镀层加热重熔前后的XRD谱见图3，加热重熔前后镀层与基体界面处Si，Cr，Fe，Ni元素线扫描能谱见图4。

图2加热重熔后热浸镀层和热浸镀试样的断面SEM形貌

图3热浸镀层加热重熔前后的XRD谱

图4加热重熔前后镀层与基体界面处Si，Cr，Fe，Ni

元素的线扫描能谱

由图2可以看出：加热重熔后镀层的树枝状共晶体消失，以分散的条状形态均匀分布在镍基固溶体中。经测定，黑色物质的Cr含量高达85.03%，结合图3推断，这些黑色物质为Cr的硼化物。不连续的硼化物弥散分布在镀层中，可以有效地提高镀层的耐磨性；再者，加热重熔后镀层中柱状晶消失，明显提高了镀层的韧性，从而提高了镀层对硬质相的支撑和包裹作用，提高了镀层的耐磨性。由图2和图4可以看出：加热重熔后镀层与基体之间不是简单的机械咬合，而有个较平稳的4种元素的过渡带，镀层与基体的结合力增强，属于明显的冶金结合。

3结论

(1)热浸镀镍基合金镀层组织中呈网络分布的树枝状共晶体较多，增加了镀层的脆性和镀层在使用过程中开裂的几率。

(2)热浸镀层加热重熔后呈网络分布的树枝状共晶体消失，不连续的Cr的硼化物硬质相弥散分布在镍基固溶体中，为提高镀层的耐磨性提供了很好的保证。(3)加热重熔后镀层与基体之间存在明显的过渡带，形成了良好的冶金结合。

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[编校：郑霞]

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