耐液锌腐蚀材料的研究进展

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1、万方数据第41卷第5期2008年5月材料保护MaterialsProtectionV01．41No．5Mav2008耐液锌腐蚀材料的研究进展赵磊。阎殿然。何继宁．刘英凯，朱琳(河北工业大学材料工程学院，天津300132)[摘要】实现热镀锌内加热的关键因素是解决材料的耐液锌腐蚀问题。介绍了当前耐液锌腐蚀研究的现状，重点研究了目前常用的几种耐锌蚀材料，分析对比了其优缺点。探讨了用等离子喷涂陶瓷涂层耐液锌腐蚀的可行性，认为等离子喷涂耐液锌腐蚀陶瓷涂层在工业生产应用中有着光明的前景。[关键词]等离子喷涂；陶瓷涂层；液锌腐蚀[中图分类号]TGl72．6[文献标识码]A[文章编号]1001—

2、1560(2008)05—0062—030概述近年来，国内外学者对热镀锌内加热器耐熔锌腐蚀材料的研究越来越多【l叫J。目前的研究多集中在无机非金属材料及表面处理技术上。无机非金属材料耐液锌腐蚀性能好，但其性脆，抗冲击性能差，使用寿命极低∞J。从力学性能考虑，金属材料是热镀锌内加热器的理想材料，但是熔锌几乎对所有的单金属和合金产生强烈的腐蚀。研究发现，金属间化合物具有良好的耐液锌腐蚀性能，但其力学性能还不能满足要求M]。所以把金属材料的强韧性、可加工性、导电导热性和陶瓷材料的耐高温、高耐磨、高耐蚀等特点结合起来，发挥两类材料的优势，达到耐液锌腐蚀的要求，将会具有广阔的发展前景。1耐

3、液态锌腐蚀材料现状普遍采用的耐熔锌腐蚀材料主要有两大类：整体耐熔锌腐蚀材料和金属表面处理耐熔锌腐蚀材料¨J。1．1整体耐熔锌腐蚀材料在热镀锌中的应用热镀锌生产中应用的整体耐熔锌材料，包含无机非金属材料和金属材料两类。许多无机非金属材料具备优良的耐液锌腐蚀性能，是很好的耐锌蚀材料。目前应用于内加热器套管的材料主要有石英玻璃和SiC。二者相比，SiC比石英玻璃具有更好的导热性，硬度更高，使用寿命更长悼J。但是石英玻璃和SiC这些陶瓷材料都存在一个致命的缺点就是性脆易断，抗冲击性能差。轻微的碰撞就会[收稿日期]2008—01—11使其破损，当其随炉冷却时，锌液的收缩也会造成其破裂、折断

4、，因此陶瓷材料的内加热套管使用寿命不长。且SiC等陶瓷材料制备困难，价格较高，制约了其在生产中的大量应用。据报道已有耐锌蚀性能优良的铁基合金用于镀锌生产中【9J，此合金并不是不被锌液腐蚀，只是腐蚀速度较慢。整体金属耐锌蚀材料的研究在我国起步较早，早在20世纪70年代钢铁研究总院就开始研究W-Mo合金的耐液锌腐蚀性能。其以70Mo一30W的合金烧结成的套管在锌液中浸泡2a仍未发生明显的腐蚀现象¨0‘。河北工业大学开发的Fe．B．w．Mo系合金耐蚀效果不错，但是由于B的加人生成Fe：B使材料脆性更大，容易突然断裂。像这类耐锌蚀整体材料脆性很大，加工困难，成本高，同样不适合在生产中大规

5、模应用，因此还未在生产中大量应用。1．2金属表面处理耐锌蚀材料在热镀锌中的应用1．2．1渗金属层和涂料涂层的研究目前应用于生产中的表面处理工艺主要是渗硼，通过渗硼在材料表面形成Fe2B+FeB化合物层¨¨。我校研制的灰铸铁熔铸渗硼层与基体结合牢固，铁硼化合物与锌液不浸润，不反应，具有很好的耐锌蚀能力，随着渗层的增厚，材料的耐锌蚀寿命大幅提高，但当渗层达到一定厚度时，材料的寿命将会无明显的变化。渗层组织疏松、多孑L、脆性大、容易出现裂纹，锌液沿着裂纹、孔隙穿过渗层腐蚀基体，因此渗硼目前在热镀锌行业中应用并不多¨引。由于这种材料硬度高，脆性大，难以制备成型，大大影响了其应用¨31。天

6、津硅酸盐研究所研制的涂料由SiO：、B：O，、ZnO、PbO、V205、Na：O和K：O等组成，应用时涂料将随着加一62—万方数据耐液锌腐蚀材料的研究进展热融化而被烧结，形成一种多层玻璃钢网架中充填陶瓷的结构，其附着力强且有与铁相近的膨胀系数，不易脱落，防护效果很好。1．2．2喷涂涂层耐熔锌腐蚀的研究目前在表面处理工艺当中，热喷涂技术迅猛发展，成为解决锌液腐蚀的新兴手段。早在上世纪80年代，日本科学家¨41发明了一种主要成分为A1203、Zr02、B203、Si02、MgO、Na20的喷涂陶瓷涂层，厚度为0．02～0．20mm。有人也用热喷涂法制备出了WC／Co涂层，研究了其在锌

7、液中的腐蚀机制¨5I。Kazumi等通过试验论述了喷涂WC／Co涂层的抗锌液腐蚀机理。他们认为在WC／Co涂层的表面，锌液中的锌优先扩散沉积，形成富锌的薄层阻碍锌的扩散，因而有较好的耐锌蚀作用¨引。B．G．Seng等人利用高速火焰喷涂方法(HVOF)喷WC／12％Co的涂层用于连续热镀锌，并对其涂层的机理进行了研究。国内，王文俊等采用HVOF法在316不锈钢上喷涂WC／Co涂层，并详细分析和研究了在锌液中的腐蚀行为和腐蚀机理，该研究对生产具有一定的指导意义，并进一步丰富了液态金属