鋼鐵表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜及耐磨耐蝕性能.pdf

1、為提高鋼鐵材料的耐磨耐蝕性能，本文運(yùn)用等離子體液相電解沉積(PED)方法在不同鋼鐵表面生長(zhǎng)陶瓷膜。利用陰極 PED法采用硝酸-鋁乙醇溶液(乙醇體系)在 Q235碳鋼和30CrMnSi合金鋼表面制備陶瓷膜；利用陽(yáng)極 PED法分別在鋁酸鈉-磷酸鹽（鋁酸鹽體系）和硅酸鈉-次磷酸鹽（硅酸鹽體系）兩種水溶液體系中制備陶瓷膜。采用SEM、XRD、EDS、FTIR、XPS等手段系統(tǒng)地研究了陶瓷膜層的微觀組織結(jié)構(gòu)，并分析了 PED過(guò)程中膜層的形成過(guò)程，

2、建立膜層微區(qū)放電模型。利用球-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)、電化學(xué)測(cè)試技術(shù)、顯微硬度測(cè)試、拉伸和熱震實(shí)驗(yàn)研究了陶瓷膜層的耐磨性能、耐腐蝕性能、硬度和結(jié)合強(qiáng)度。
　　研究表明，Q235碳鋼、30CrMnSi合金鋼兩種基體在乙醇體系中獲得的陰極 PED膜層組成和結(jié)構(gòu)相似，均由α-Al2O3和γ-Al2O3組成，其中α-Al2O3為主晶相。提高占空比或電流密度有利于α-Al2O3含量的提高，膜層的組成元素主要來(lái)自基體，基體中的主要元素鐵只有少量存在于

3、膜層和基體的界面處，膜層生長(zhǎng)過(guò)程中沿基體表面向外生長(zhǎng)。
　　Q235碳鋼在在鋁酸鹽體系中形成的陶瓷膜層由 Fe3O4-FeAl2O4晶相組成，隨峰值電流密度、頻率的提高以及反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，膜層的結(jié)晶度略有提高，在硅酸鹽體系中形成的膜層主要含有O、Si和Fe元素。30CrMnSi合金鋼表面陽(yáng)極 PED膜層 Q235碳鋼相似，在鋁酸鹽體系中制備的膜層為Fe3O4-FeAl2O4晶相，在硅酸鹽體系中制備的膜層由 O、Si和Fe元素元素組

4、成。鋼鐵陽(yáng)極 PED膜層的組成元素來(lái)自基體和電解液，膜層沿基體同時(shí)向內(nèi)向外生長(zhǎng)。
　　Q235碳鋼在乙醇體系中的膜層的腐蝕電流密度為7.359×10-8A/cm2，腐蝕電位為-0.490V，其腐蝕電流比基體降低三個(gè)數(shù)量級(jí)。在鋁酸鹽體系和硅酸鹽體系中獲得的膜層的腐蝕電流密度分別為3.117×10?7A/cm2，和7.636×10?7A/cm2，腐蝕電位分別位0.423V，-0.491V。腐蝕電流均比基體降低2個(gè)數(shù)量級(jí)。Q235碳鋼表

5、面膜層的摩擦系數(shù)以鋁酸鹽體系膜層最低，乙醇溶液中的膜層次之。三種膜層的最高硬度分別為為1896Hv，1201Hv，987Hv，最大結(jié)合強(qiáng)度為17.8MPa，21MPa，和15MPa?？傮w而言，Q235碳鋼在鋁酸鹽體系的膜層具有最低的摩擦系數(shù)和較好的耐蝕性能，乙醇體系膜層具有最好的耐蝕性能和較低的摩擦系數(shù)。
　　30CrMnSi在乙醇體系中的膜層的腐蝕電流密度也比基體降低三個(gè)數(shù)量級(jí)，鋁酸鹽體系和硅酸鹽中獲得膜層腐蝕電流密度比基體降低