冲蚀速度对Q235钢表面热浸镀铝锰层的冲蚀磨损性能的影响

       各类磨损腐蚀引起的失效首先发生于表面，而不是整体材料发生失效。在新疆沙漠戈壁盐渍土壤、酸雨及高矿化度盐碱水质对钢铁材料腐蚀尤为突出。因此，为了提高钢铁表面的耐磨和耐蚀性，本课题采用现在比较流行的热浸镀铝工艺对Q235钢表面进行改性。热浸镀铝是一项将钢铁的表面强化、表面防护和表面装饰结合在一起的工艺技术。钢铁镀铝后可以增强其耐腐蚀、耐热及抗高温氧化等诸多性能，从而大大减少钢铁因锈蚀和磨损等造成的经济损失，延长钢铁件的使用寿命，提高经济效益。但在严重的腐蚀性环境中，纯铝镀层的耐冲蚀磨损性能较差。为了改善材料的组织和其他性能，可以在纯铝中添加各种金属元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。已经知道，铝锰合金具有良好的耐蚀性。在镀层中加入锰，一方面，通过固溶强化、消除铁的有害影响，对合金起补充强化的作用。另一方面，由于生成的MnAl6质点与纯铝具有相同的电位(0.85V)，赋予合金较好的抗蚀性。本课题拟对Q235钢表面进行热浸镀铝锰合金层改性处理，以提高其耐蚀性。

 

        基体为Q235钢，其成分(质量分数，%)为：0.22C，0.45Mn，0.2Si，0.035P，试样尺寸为8mm×7mm×70mm。试样表面先经除油除锈并助镀活化处理后晾干备用。将工业铝锭(99.7%)放入石墨坩埚在井式坩埚炉中加热，待温度升高至850℃铝溶解成熔融铝时，再向其中缓慢加入Mn颗粒。并用碳棒不停地搅拌5～10min，然后精炼除渣。最后将已经预处理的试样浸入铝液中，10min后取出。助镀剂成分为10%ZnCl2水溶液；精炼液成分为0.3%MnCl2；表面覆盖剂的成分为80%KCl+10%NaCl+10%Na3AlF6。采用同样工艺依次制得Al-2%Mn、Al-9%Mn、Al-13%Mn铝锰合金镀层。采用MSH冲蚀磨损实验机对上述试样的冲蚀磨损性能进行评价，并与纯铝镀层进行比较。冲蚀速度分别为3.5和7.0m/s。

 

       采用热浸镀铝锰合金层工艺在Q235钢表面形成了Al-2%Mn、Al-9%Mn、Al-13%Mn铝锰合金层。SEM分析发现镀纯铝层呈针状的组织结构，而镀铝锰合金层出现了块状的铝锰化合物相。XRD分析表明铝锰合金镀层是由Al、FeAl3、Fe2Al5及MnAl6相组成。在3.5m/s和7.0m/s两种冲蚀速度下纯铝镀层的冲蚀磨损质量损失都明显高于铝锰合金镀层，且随含锰量的增加，合金镀层的冲蚀磨损质量损失增加幅度减小，表明铝锰合金镀层具有更好的耐冲蚀磨损性能。