新型金属陶瓷的耐腐蚀性能

引言

三元硼化物基金属陶瓷(TBBC)具有优良的耐磨、耐蚀性,可以应用在需要耐磨损和耐腐蚀的场合。它由三元硼化物基硬质相和铁基粘结相组成,其硬度和抗弯强度分别为80~92HRA和1.00~2.60GPa,相当于普通硬质合金的硬度和抗弯强度,其密度则大约为普通硬质合金的五分之三,几乎等于钢的密度。另外,由于三元硼化物基金属陶瓷不含钨、钴等,所以对其研究具有重要的战略意义。

试样制备与试验方法

采用钼粉(纯度99.9%,粒度为3~5μm)、铬粉(纯度99.8%,-目)、羰基铁粉、羰基镍粉和FeB粉。FeB原料为块状,经粉碎、研磨后过目筛。铁粉为微米级羰基铁粉:平均尺寸3.41μm,松装密度为1.67g/cm;镍粉为微米级羰基镍粉:平均尺寸2.39μm,松装密度0.76g/cm。

三元硼化物基金属陶瓷的制备过程为:金属粉末+硼化物粉末→球磨→干燥、制粉→压制成型→烧结(TBBC)。原料粉末混料球磨h,用乙醇作为球磨介质,氩气保护,真空干燥,用目的筛子过筛(氩气保护)即制得所需试验粉末。然后掺胶(5.4%的橡胶汽油溶液),混合粉末跟胶的配比为0.3kg/ml,过80目筛,用25t压力机10MPa下压制,毛坯密度为4.3g/cm。在真空烧结炉中,在~℃下烧结得到三元硼化物基金属陶瓷。用RigakuD/max-rm型X射线衍射仪(XRD)和JXA-型扫描电镜(SEM)分析其微观结构。

结果及分析

腐蚀后QA、45、T10钢、A1和A2试样的腐蚀量分别为、、、13、5mg。可见,当腐蚀介质为10%H2SO4时,三元硼化物基金属陶瓷的耐蚀性能远远好于一般钢材,QA的腐蚀量为A2的30倍,45钢的腐蚀量为A2的39.6倍,T10钢的腐蚀量为A2的52倍。

下图分别为QA、T10钢、三元硼化物基金属陶瓷A1和A2在10%H2SO4中腐蚀12h后的表面形貌。可见A1和A2的表面腐蚀很轻,腐蚀比较均匀;而QA钢和T10钢的表面腐蚀十分严重,有明显的点状蚀坑,T10钢由于含碳量高于QA钢,所以其腐蚀更为严重,表面出现了腐蚀裂纹。由此也证明三元硼化物基金属陶瓷在10%H2SO4中的耐腐蚀性远远好于一般金属材料。

四种材料的表面腐蚀形貌

结论

(1)三元硼化物基金属陶瓷在10%H2SO4中的耐腐蚀性远远好于QA、45、T10钢,其中A2的耐腐蚀性能好于A1。

(2)三元硼化物基金属陶瓷中由于含有铬和镍,所以其耐腐蚀性能得到了提高。另外,三元硼化物基金属陶瓷中硬质相的体积分数对其耐腐蚀性能影响也很大,硬质相的体积分数越高,其耐腐蚀性能越好。



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