碳鋼中C含量對Cr-N包埋共滲涂層結(jié)構(gòu)及性能影響.pdf

1、Cr的氮化物涂層具有高硬度、高耐磨性，廣泛應(yīng)用于各種金屬表面涂層。近來，又因其好的導(dǎo)電及耐腐蝕性能，被研究應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板表面改性涂層。本研究通過包滲法，在不同碳鋼基體表面沉積Cr2N涂層，研究包滲工藝及基體碳含量對滲層結(jié)構(gòu)的影響。通過SPS數(shù)據(jù)庫和ChemSage軟件計(jì)算，選擇包滲劑成分:Cr2N粉作為Cr源與N源，NH4Cl為活化劑;Al2O3粉為填充劑，并且包滲工藝保溫溫度為1000～1100℃。
　　本研

2、究采用配比為30Cr2N-2NH4Cl-68Al2O3(wt％)的滲劑，在1100℃下保溫4h的包滲工藝下，分別在純Fe、Q235、45鋼基體表面可得到三種不同結(jié)構(gòu)的滲層：當(dāng)基體為純Fe時(shí)，共滲層為表面1.5μm Cr2N層—基體內(nèi)大于50μm的富Cr擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)，其中擴(kuò)散層中Cr原子濃度比高達(dá)40％；當(dāng)基體為Q235時(shí)，共滲層為表面10μmCr2N層—基體內(nèi)約30μm的富Cr擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)，在擴(kuò)散層中存在許多Cr的碳化物沉淀析出，擴(kuò)散層

3、中Cr原子濃度比為20％；當(dāng)基體為45鋼時(shí)，共滲層為最外層16μmCr2N層—次外層約8μm的Cr的碳化物沉積層—基體內(nèi)約15μm的富Cr擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)。由此可知，基體碳含量對包滲反應(yīng)中Cr沉積與Cr2N沉積均有促進(jìn)作用?；w中C擴(kuò)散到表面與Cr反應(yīng)，促進(jìn)活性Cr在基體表面沉積;此外，C元素與Cr形成Cr的碳化物，碳化物阻礙表面Cr向基體內(nèi)擴(kuò)散，提高表面Cr原子濃度，促進(jìn)共滲沉積;再者，當(dāng)基體內(nèi)C含量足夠，C與Cr在基體表面形成連續(xù)的Cr

4、的碳化物沉積層，該層能促進(jìn)Cr2N層的沉積生長。包滲工藝對涂層結(jié)構(gòu)也有較大影響，Cr2N粉配比越高，表面Cr2N層越厚;保溫時(shí)間越長，45鋼表面Cr2N層和Cr的碳化物沉積層厚度增長，且碳化物會由(Cr, Fe)7C3部分轉(zhuǎn)變?yōu)?Cr, Fe)23C6。顯微硬度測試表明，45鋼氮鉻共滲層表面硬度均在1600HV以上。電化學(xué)測試表明，45鋼與其涂層樣品自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-0.521 V和230.63μA/cm2、-0.448 V

5、和10.89μA/cm2。當(dāng)腐蝕電位高于0.3 V時(shí)，涂層樣品發(fā)生二次鈍化，腐蝕電流低至0.5μA/cm2，耐腐蝕性能得到極大提高;浸泡實(shí)驗(yàn)表明，45鋼涂層樣品由于在四個(gè)角落，涂層存在缺陷，易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象。在420J2不銹鋼、430不銹鋼基體進(jìn)行氮鉻包埋共滲處理，可得到表面2μm厚的Cr2N層—基體內(nèi)Cr濃度高的富Cr擴(kuò)散層的涂層結(jié)構(gòu)。其表面Cr2N層呈現(xiàn)最高衍射峰(111)晶體結(jié)構(gòu)。在模擬PEMFC工作環(huán)境溶液中進(jìn)行電化學(xué)測試，結(jié)果