铁基堆焊合金研究现状

目前对于堆焊的耐磨合金的研究力度非常大,研究的也比较成熟,但是,对于堆焊的耐腐蚀合金的研究却没有这么广泛,即缺乏比较系统的研究,尤其是合金元素对堆焊合金的组织及耐腐蚀性影


近些年来,堆焊工艺以及堆焊的耐磨材料都有了非常迅速的发展,尤其是针对耐磨堆焊材料,全球各个国家都展开了对其的重点研究,截止到现在,研究者们不单单只研究铁基耐磨材料,研究范围还扩展到了镍基、钴基、铜基等材料。其中,铜基堆焊金属的摩擦系数比较低,因此能够承受比较大的磨损与冲击,故广泛应用于轴承与水泵等领域。钴基堆焊金属中含有较多的钴,所以其红硬性比较高,目前Co-C-W-C 与Co-Mo-Cr-Si等系列[6]应用的比较多。镍基堆焊金属也拥有非常优良的耐磨性能,特别是在金属间磨损尤为突出,但是在这几种基体中,所添加的主要组成金属都比较昂贵,而铁矿石资源非常丰富,故铁基堆焊的价格非常低廉,所以铁基堆焊是目前研究和应用中最广的,与此同时许多性能表现非常良好的耐磨合金系列也被慢慢开发出来。

研究人员一直在尝试开发新的铁基堆焊合金,通过在传统的Fe-Cr-C堆焊合金中添加不同的合金元素[7]齐等人将钒添加到高铬铸铁堆焊合金中[8]。Correa等人将铌添加到高铬铸铁堆焊合金中[9]。刘等人研究了钛对高铬铸铁堆焊合金的显微组织和耐磨性的影响[10]。通过加入强碳化物形成元素,形成新的碳化物,提高了高铬铸铁堆焊合金的耐磨性。这些强碳化物形成元素价格昂贵,这增加了堆焊合金材料的成本。

由前所述,目前对于堆焊的耐磨合金的研究力度非常大,研究的也比较成熟,但是,对于堆焊的耐腐蚀合金的研究却没有这么广泛,即缺乏比较系统的研究,尤其是合金元素对堆焊合金的组织及耐腐蚀性影响的研究更为缺乏。

高铬铸铁由于其高耐磨性所以通常用于氧化铝精炼厂的拜耳精炼过程中的浆料泵组件和管道[11,12]。拜耳工艺溶液具有很强的碱性,并且对耐磨合金的腐蚀行为的研究很有限。

Nelson[12]在90℃下将由原始Cr7C3和共晶碳化物组成的高硬度合金和共晶奥氏体放置于PH=14的NaOH溶液中,发现共晶奥氏体发生腐蚀。发现白口铸铁具有比焊缝更好的耐腐蚀性。类似地,其他研究者[11,13]也发现白铬铸铁的腐蚀发生在共晶奥氏体或马氏体中。与此相反,在Salasi[14]进行的研究中,发现铸造的一次铬碳化物优于共晶奥氏体或马氏体基体腐蚀。蔡等[15]对烧结纯碳化铬Cr23C6在浓度为0.1N的 NaOH溶液中进行腐蚀实验,每个实验在275-325℃的温度范围内进行脱气并用H2饱和,发现碳化铬发生溶解。

Salasi等人[16,17]发现,在PH=12的碱性溶液中,可以在碳化物上形成一层Fe3O4,并在基体共晶奥氏体中形成钝化层。在Nelson[12]和Mcleod[18]进行的研究中,提出了在碱性溶液中,基质的溶解主要是由于基体中铬的消耗所引起的。他们还提出,铬的消耗阻碍了奥氏体表面的钝化膜的形成。任何一种基体[12,18]或碳化物[16,17]的腐蚀取决于基体上钝化膜的形成。Aziz等[13]提出,碱性溶液中的基体的腐蚀是由于基体与碳化物之间的微弧相互作用以及铬的消耗而导致的。其他研究者也提出了类似的想法[12,16,18,19]。

虽然这些研究为提高我们对高铬铸铁腐蚀行为的了解做了很多工作,但他们没有讨论预测腐蚀行为的方法。