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【簡介】
機(jī)械裝備在使用中經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕環(huán)境下材料的摩擦磨損,這一現(xiàn)象稱為腐蝕磨損,簡稱磨蝕。磨蝕嚴(yán)重影響著機(jī)械裝備的使用壽命。例如氯堿工業(yè)堿液蒸發(fā)工藝,濃縮NaOH使之成為商品液堿,并利用NaOH濃度提高后,NaCl在堿液中溶解度急劇下降進(jìn)而結(jié)晶析出,而將NaCl除去。在Zaremba四效逆流蒸發(fā)工藝中堿液溫度高達(dá)100～150℃,濃度從10%濃縮至50%,因此高溫、高濃度含固體懸浮NaCl的堿液,對設(shè)備、管路、泵、閥門產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨蝕作用,如δ=3mm的碳鋼管材,在30%NaOH中80～85℃時,使用壽命僅6～11個月[1]。多年來,人們一直在探索提升材料耐磨蝕性的途徑,例如,采用新材料,對材料進(jìn)行表面處理、涂裝等。近年來低磷(鍍層含磷量在4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下)化學(xué)鍍鎳層在NaOH環(huán)境中的耐磨蝕性已有報道[2],但其復(fù)合鍍層的耐磨蝕性尚未見報道。由于Cr2O3具有非常穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì),而且具有較高的硬度(HV2940)和較好的性能價格比,因此本文作者試圖在低磷化學(xué)鍍鎳層中加入Cr2O3固體微粒,構(gòu)成一種低磷Ni P Cr2O3化學(xué)復(fù)合鍍層,以進(jìn)一步提升鍍層在NaOH環(huán)境中的耐磨蝕性能。
1 實驗方法
1.1 實驗材料與試樣
磨蝕試樣采用45#調(diào)質(zhì)鋼,其硬度值為HB225,經(jīng)銑、磨、線切割后,加工成梯形試樣。試件鍍層厚度為15～20μm,鍍層中P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～4%,Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%～91%,Cr2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～12%,La2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 04%。
1.2 實驗過程
硬度測試在HV 1000型顯微硬度計上進(jìn)行,載荷0 245N,時間為10s。磨蝕試驗在JW 702型磨損試驗機(jī)上進(jìn)行。摩擦副是由上面靜止的柱銷和下面旋轉(zhuǎn)槽內(nèi)的24塊不同鍍制方法及不同熱處理溫度處理的試樣拼接成的圓環(huán)所構(gòu)成,槽內(nèi)腐蝕介質(zhì)為NaOH。上摩擦副柱銷材料為W9Cr4V2,其硬度值為HRC62～64,尺寸為5mm×20mm,實驗施加載荷為22 5N。下盤轉(zhuǎn)速為266r/min。磨蝕量為磨蝕前后的質(zhì)量差,用萬分之一分析天平稱量。試驗時間為5h。
2 實驗現(xiàn)象及討論
2.1 NaOH濃度對鍍層磨蝕的影響
圖1為鍍層的磨蝕量與NaOH濃度的關(guān)系。試件鍍層為鍍態(tài),鍍層中P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 5%,Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89%,Cr2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7 5%,實驗溫度為常溫,但由于摩擦放熱,接觸面瞬時溫度超過常溫。由圖1可見,磨蝕量隨NaOH濃度的升高略有增加,基本上呈線性關(guān)系,沒有突變現(xiàn)象,說明低磷鍍層在各種濃度的NaOH介質(zhì)中均不發(fā)生堿脆。在該鍍層中加入堅硬的Cr2O3微粒后,明顯地提升了鍍層的耐磨蝕性,在任何NaOH濃度下復(fù)合鍍層的耐磨蝕性均優(yōu)于Ni P鍍層。
2.2 鍍層中Cr2O3含量對鍍層耐磨蝕性的影響
在常溫和20%NaOH條件下,測試了不同Cr2O3含量鍍層(鍍態(tài))的耐磨蝕性能,見圖2。由圖2可見,在此條件下,鍍層的耐磨蝕性與鍍層中Cr2O3含量有關(guān)。Cr2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在小于8%時,磨蝕量隨Cr2O3含量的增加而降低;質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%左右時磨蝕量達(dá)到最低點;質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過8%時磨蝕量略有增加。這一現(xiàn)象說明,金屬鍍層嵌合固體粒子的能力是有限的。若鍍層中加入過多的固體粒子,由于嵌合力降低將導(dǎo)致磨蝕量增加。
2.3 熱處理條件對鍍層硬度及耐磨蝕性的影響Ni P Cr2O3復(fù)合鍍層在不同熱處理條件下的硬度,見表1。
由表1可見熱處理可顯著提高鍍層的硬度,經(jīng)400℃(1h)熱處理的鍍層硬度達(dá)到最高值。
在常溫和40%NaOH條件下,測試了經(jīng)不同熱處理鍍層(鍍層中Cr2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7 5%)的耐磨蝕性能,見圖3。由圖3可見,經(jīng)200℃(1h)熱處理,消除了鍍層中的拉伸應(yīng)力及殘留的氫,鍍層的耐磨蝕性比鍍態(tài)有所改善。經(jīng)400℃(1h)熱處理后,由于鍍層的硬度顯著提高,同時與基材的結(jié)合力也增強(qiáng),鍍層的耐磨蝕性達(dá)到最佳狀態(tài)。在600℃(1h)熱處理條件下,雖然鍍層與基材的結(jié)合力進(jìn)一步增強(qiáng),但由于鍍層的硬度明顯下降,致使磨蝕量回升。
3 結(jié)論
(1)低磷Ni P Cr2O3化學(xué)復(fù)合鍍層的磨蝕量與介質(zhì)中NaOH濃度呈線性關(guān)系,沒有突變現(xiàn)象。任何NaOH濃度下復(fù)合鍍層的耐磨蝕性均優(yōu)于Ni P鍍層。
(2)鍍層的耐磨蝕性與鍍層中Cr2O3含量有關(guān),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時鍍層的耐磨蝕性最佳。
(3)熱處理條件對鍍層的耐磨蝕性有明顯的影響,在
參考文獻(xiàn)
【1】許淳淳,等 化學(xué)工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)[M] 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:110-112
【2】姜曉霞,張?zhí)斐?/SPAN>,李詩卓,等 化學(xué)鍍鎳 磷層的腐蝕磨損[J].材料保護(hù),1995,28(1):1-3
