超高強(qiáng)度鋼表面涂鍍層防護(hù)處理
作者：百檢網(wǎng) 時(shí)間：2022-05-09 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)
超高強(qiáng)度鋼兼具有高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度> 1380MPa、屈服強(qiáng)度> 1200MPa）及良好的韌性，一般作為重要的承力部件廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、汽車、模具等行業(yè)，其典型應(yīng)用包括飛機(jī)起落架、主梁、傳動(dòng)零件、承力螺栓等。常見(jiàn)的超高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能如表1所示。該類材料的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于常規(guī)材料，部分牌號(hào)抗拉強(qiáng)度已達(dá)到2000MPa，一般具有相對(duì)較高的氫脆、應(yīng)力腐蝕敏感性。由超高強(qiáng)度鋼制備的零部件，其服役環(huán)境往往十分苛刻，尤其是當(dāng)裝備服役于海洋環(huán)境時(shí)，若不采取合理的表面防護(hù)處理工藝，則易在服役壽命內(nèi)發(fā)生氫脆斷裂、腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞斷裂、磨損等失效情況，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致事故的發(fā)生。
1電鍍
電鍍屬于傳統(tǒng)表面防護(hù)工藝，起源于19世紀(jì)初，意大利科學(xué)家Brugnatelli*早實(shí)現(xiàn)了在銀質(zhì)金屬表面電鍍金工藝。該工藝原理為帶正電的金屬離子M+在陰*沉積，并獲得電子，形成M金屬鍍層。適用于超高強(qiáng)度鋼的主流電鍍工藝具體包括電鍍鉻、電鍍鎘。
1.1 電鍍鉻
電鍍鉻處理可增強(qiáng)超高強(qiáng)度鋼零部件的耐磨和耐腐蝕性能。但目前面臨問(wèn)題包括：（1）常用的六價(jià)鉻鍍鉻工藝產(chǎn)生酸霧和廢水，污染環(huán)境，其對(duì)動(dòng)植物均有毒性；（2）電鍍鉻工藝通常會(huì)降低基體的疲勞性能，一方面鍍鉻層往往存在內(nèi)裂紋，易出現(xiàn)鍍層磨損、剝落，若鍍層內(nèi)裂紋的密度較高，會(huì)降低試樣的疲勞強(qiáng)度；另一方面，電鍍過(guò)程中，陰*會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，增加了材料的氫脆斷裂風(fēng)險(xiǎn)，材料的疲勞強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。
為降低鍍鉻過(guò)程的污染，較為環(huán)保的三價(jià)鍍鉻工藝受到了較多學(xué)者青睞。Gruba等指出通過(guò)優(yōu)化電解液成分，采用新的電解液成分(基于三價(jià)鉻離子的四鉻酸鹽電解液等)，引入添加劑(氧化鎂、鎢酸鈉氟化銨等)，可優(yōu)化鍍鉻工藝。部分學(xué)者在對(duì)電解液成分改進(jìn)的同時(shí)，還引入了細(xì)小硬質(zhì)相顆粒，進(jìn)一步增強(qiáng)鍍鉻層性能。
2噴涂
噴涂工藝*早誕生于1910年，瑞士Schoop博士受兒童鉛丸玩具槍啟發(fā)，發(fā)明了**個(gè)金屬噴射裝置，并命名為金屬噴鍍。對(duì)于超高強(qiáng)度鋼而言，主流的噴涂工藝包括高速火焰噴涂與冷噴涂。
2.1 高速火焰噴涂
高速火焰噴涂通過(guò)燃燒劑與助燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生高壓并經(jīng)過(guò)膨脹噴嘴產(chǎn)生高速焰流，噴涂粉末被高速焰流中加熱加速，噴射到基體表面形成涂層。現(xiàn)階段高速火焰噴涂工藝主要包括高速氧燃料火焰噴涂工藝(HVOF，High Velocity Oxygen Fuel)）與高速空氣燃料火焰噴涂工藝(HVAF，High Velocity Air Fuel）。
有關(guān)超高強(qiáng)鋼表面高速火焰噴涂涂層防護(hù)處理的相關(guān)研究，集中于兩方面，一是高速火焰噴涂涂層與電鍍鉻鍍層防護(hù)性能的對(duì)比研究。Nascimento等分別制備了以AISI4340鋼為基體的硬鉻鍍層試樣與WC-12Co涂層試樣，進(jìn)行了軸向疲勞、旋彎疲勞、耐鹽霧腐蝕與摩擦磨損性能測(cè)試。WC-12Co涂層的耐磨性更好，磨損量更小，且其耐鹽霧腐蝕性能高于常規(guī)電鍍?cè)嚇印?br/> 2.2 冷噴涂
冷噴涂技術(shù)于20世紀(jì)80年代由俄羅斯理論與應(yīng)用力學(xué)研究所發(fā)明，并在20世紀(jì)90年代末開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用，其原理為當(dāng)粒子撞擊速度超過(guò)某個(gè)臨界值，來(lái)自粒子-基底的撞擊能量會(huì)引起粒子強(qiáng)烈的塑性變形，在某些情況下，還會(huì)引起基底表面的塑性變形。這一過(guò)程打破了基底和顆粒表面的薄膜，在基底和顆粒之間建立了緊密的接觸，從而形成了牢固的結(jié)合。冷噴涂工藝具有低的焰流溫度與高的粒子速度，使該工藝具有涂層孔隙率低、粉末不易氧化和相變、沉積率高、基體材料受到的熱影響小等優(yōu)點(diǎn)。
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