退火及表面納米化對冷噴涂ZN-Al涂層與IF鋼基體結(jié)合性能的影響研究.pdf

1、無間隙原子(IF)鋼具有優(yōu)良的深沖成形性能，廣泛應(yīng)用于汽車、家電等外板制造，是最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。但是，IF鋼的耐蝕性較差，服役過程中很容易受到環(huán)境侵蝕而失效。Zn-Al合金防護(hù)涂層具有優(yōu)良的耐蝕和耐磨性能，是最常用的延長鋼鐵結(jié)構(gòu)件服役壽命的涂層材料之一。作為一種新型的涂層制備技術(shù)，冷噴涂可以在低溫下實(shí)現(xiàn)涂層的沉積，在金屬涂層制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。如何制備致密穩(wěn)定的保護(hù)性涂層、以及如何提高涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，是冷噴涂技術(shù)發(fā)

2、展中的關(guān)鍵問題。
　　本文利用冷噴涂技術(shù)在IF鋼表面成功制備出致密的Zn-Al涂層，研究了后續(xù)退火處理和IF鋼基體表面納米化對涂層/基體界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、能譜儀和X射線衍射表征了涂層、基體及界面化合物的微觀組織、成分分布和相組成;利用顯微硬度計(jì)、納米壓痕儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和三電極系統(tǒng)評價(jià)了退火前后Zn-Al涂層的力學(xué)性能和耐蝕性能;利用三點(diǎn)彎曲和“拔釘法”(Stud pull-of

3、f test)研究了涂層/基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。得出以下主要結(jié)論:
　　1.利用冷噴涂技術(shù)在IF鋼基體上制備出孔隙率＜0.5％的Zn-Al合金涂層，制備過程中未發(fā)生明顯的氧化和相變。200-350℃溫度范圍內(nèi)，涂層硬度隨退火溫度的升高逐漸增大;而涂層的摩擦磨損性能隨退火溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢;退火后涂層的耐腐蝕性能變化不大。
　　2.冷噴涂Zn-Al層的IF鋼原始樣品(Zn-Al/IF-CG)在400℃保溫60min退火后，涂

4、層與基體之間的抗剝離能力略有提高;保溫時(shí)間大于60min后，涂層與基體界面形成Fe11Zn40、FeZn10和Fe2Al5-xZnx組成的混合化合物相，導(dǎo)致其抗剝離能力隨退火時(shí)間的延長快速降低。
　　3.SMAT處理能夠在IF鋼基體表面制備出梯度納米結(jié)構(gòu)組織，最表層平均晶粒尺寸～10nm，硬度較粗晶基體提高～33％。表層梯度納米結(jié)構(gòu)組織在400℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性。
　　4.IF鋼基體SMAT能夠顯著改善涂層/基體的界面

5、結(jié)合性能，冷噴狀態(tài)下Zn-Al層與SMAT樣品(Zn-Al/IF-SMAT)的界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到58.1MPa，較Zn-Al/IF-CG樣品提高了～30％。
　　5.冷噴涂Zn-Al/IF-SMAT樣品的界面結(jié)合強(qiáng)度不能通過后續(xù)擴(kuò)散退火處理進(jìn)一步提高。在400℃退火時(shí)，保溫時(shí)間小于30min時(shí)涂層/基體界面結(jié)合強(qiáng)度有所降低;隨著保溫時(shí)間的延長，界面結(jié)合強(qiáng)度開始升高并達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定值(～50.2MPa);當(dāng)保溫時(shí)間大于90min后，