碳鋼中C含量對Cr-N包埋共滲涂層結構及性能影響.pdf

1、Cr的氮化物涂層具有高硬度、高耐磨性，廣泛應用于各種金屬表面涂層。近來，又因其好的導電及耐腐蝕性能，被研究應用于質(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構的影響。通過SPS數(shù)據(jù)庫和ChemSage軟件計算，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構的滲層：當基體為純Fe時，共滲層為表面1.5μm Cr2N層—基體內(nèi)大于50μm的富Cr擴散層的結構，其中擴散層中Cr原子濃度比高達40％；當基體為Q235時，共滲層為表面10μmCr2N層—基體內(nèi)約30μm的富Cr擴散層的結構，在擴散層中存在許多Cr的碳化物沉淀析出，擴散層

3、中Cr原子濃度比為20％；當基體為45鋼時，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擴散層的結構。由此可知，基體碳含量對包滲反應中Cr沉積與Cr2N沉積均有促進作用。基體中C擴散到表面與Cr反應，促進活性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)擴散，提高表面Cr原子濃度，促進共滲沉積;再者，當基體內(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Cr2N層的沉積生長。包滲工藝對涂層結構也有較大影響，Cr2N粉配比越高，表面Cr2N層越厚;保溫時間越長，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。當腐蝕電位高于0.3 V時，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;浸泡實驗表明，45鋼涂層樣品由于在四個角落，涂層存在缺陷，易產(chǎn)生點腐蝕現(xiàn)象。在420J2不銹鋼、430不銹鋼基體進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擴散層的涂層結構。其表面Cr2N層呈現(xiàn)最高衍射峰(111)晶體結構。在模擬PEMFC工作環(huán)境溶液中進行電化學測試，結果