[發明專利]一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe-B合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010162542.4
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111334723B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 馬勝強;王嘉琪;邢建東;呂萍;付沙沙;高義民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;B22D27/04;C22C33/04;C22C38/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe?B合金及其制備方法，按重量百分數計，包括C：0.1.％～0.2％，B：3.45％～3.55％，Cr：0.75％～0.85％，Si：0.55％～0.65％，其余為Fe和不可避免的微量雜質，且合金組織呈均勻分布的雙相層狀結構。本發明在增強抵抗空化沖蝕作用的同時，產物層更為致密，更抗蝕。

技術領域

本發明屬于液態金屬腐蝕技術領域，具體涉及一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe-B合金及其制備方法。

背景技術

世界上防腐蝕鋼鐵制品大多都要進行熱鍍鋅。熱鍍鋅被廣泛應用于生產鋼板、鋼帶、鋼絲、鋼管、鋼網及五金零件。經熱鍍鋅的工件，其壽命可以提高11～28倍。但是，在熱鍍鋅生產線中，鋅液對鋅鍋中各部件(如軸承、沉沒輥、導向輥、支撐輥)都具有強烈的腐蝕性。從而造成停產維修，導致十分嚴重的損失。國內外學者進行了各種嘗試，如在高鉻鎳耐熱鋼、316L不銹鋼基材表面制備耐蝕涂層，或者采用鈷基高溫合金、陶瓷材料替代傳統鐵基合金。但是涂層材料在流動鋅液沖刷作用下易剝落、高溫合金及陶瓷材料的高昂價格及其固有脆性，均導致這些嘗試收效不大。

上述研究都忽略了，在熱鍍鋅實際生產線上，沉沒輥等關鍵設備表面往往處于流動鋅液的高溫和高速的沖刷腐蝕狀態，其表面存在常的空化沖蝕損傷，嚴重影響生產線的設備質量。當液態金屬處于高速流動狀態時，液態金屬的流動能夠加速腐蝕破壞。流動和腐蝕的相互作用的不同機理導致四種不同類型的流動加速腐蝕：傳質控制腐蝕，相傳輸控制腐蝕，沖蝕磨損和氣泡腐蝕。當流動的金屬液處于很高的流動速度，并且其中存在氣泡，這些氣泡或者高流速態的紊流(或者鋅液回流、擾流及液流空穴等)在固態金屬表面形成低壓區的破裂就發生了氣泡腐蝕。鋅液沖蝕和氣泡破裂的交互作用形成了對固態金屬表面的顯微噴射和坑蝕，金屬/多相流體的復雜界面交互作用產生了很高的局部壓力并對金屬表面具有很強的破壞作用。這種情況能夠對固態金屬產生瞬間高壓沖蝕，從而導致固態金屬的局部腐蝕失效和環境誘發顯微裂紋。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe-B合金及其制備方法，通過改變定向凝固工藝和合金組成相多尺度調控，改變Fe-B合金雙相結構的組織形態和晶粒取向，借助高溫高速鋅液環境中產物形成過程及抗蝕相特定結晶面(即Fe2B[002]面對FeZn13產物相觸媒外延生長)的觸媒形核生長作用，進而誘導腐蝕產物的形態，形成硼化物特定取向與腐蝕產物定向交替、層疊排列，相互嵌合植入的沖蝕界面釘扎結構狀態，在釘扎結構的牢固楔入和鉚合作用下，腐蝕產物層難以脫落，增強抵抗流動鋅液空化沖蝕作用的同時，產物層更為致密，更抗蝕。

本發明采用以下技術方案：

一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe-B合金，按重量百分數計，包括C：0.1.％～0.2％，B：3.45％～3.55％，Cr：0.75％～0.85％，Si：0.55％～0.65％，其余為Fe和不可避免的微量雜質，合金組織呈均勻分布的α和Fe₂B雙相層狀柱晶結構。

本發明的另一個技術方案是，一種抗鋅液空化沖蝕的鑄造Fe-B合金的制備方法，采用定向凝固工藝制備定向凝固的鐵硼合金，對定向凝固的鐵硼合金進行鋅液空化沖蝕，誘導腐蝕產物的形態，形成定向硼化物與腐蝕產物交替排列，呈兩相相互嵌入的釘扎狀腐蝕界面。

具體的，定向凝固工藝中，鑄造塊體Fe-B合金的硼化物生長取向為[002]方向，與鋅液空化沖蝕界面的攻擊角度為90°。

具體的，定向凝固的Fe-B合金的硼化物間距為5.5～6.5μm，單個硼化物柱晶長度為780～850μm。

進一步的，單個柱晶Fe₂B層的厚度為3.5μm，平均間距為6.0μm，合金定向區為65mm。

具體的，定向凝固鑄造塊體Fe-B合金水冷銅模制備的冷卻速度為9.56～9.77℃/s，過冷度為100～105℃。