Fe-Cr合金化硬面堆焊的显微组织与硬度研究

工程科学与技术，国际期刊24（2021）533全文文章Cr含量对Fe（16-x） Crx（B，C）4表面EnginKocamana，BülentKılınb，MustafaDurmazc，S，adumanS，enc，UgurS，encaZonguldak Bulent Ecevit大学，工程学院，冶金和材料工程系，Zonguldak 67100，土耳其bSakarya University of Applied Sciences，Vocational School of Arifiye，Machine and Metal Program，Sakarya 54800，TurkeycSakarya University，Faculty of Engineering，Department of Metallurgical and Materials Engineering，Sakarya 54100，Turkey阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2020年8月1日修订2020年8月6日接受在线预订2020年关键词：堆焊表面合金化硬度磨损腐蚀A B S T R A C T在这项研究中，含有Fe（16-X） CrX（B，C）4（X = 3，4，5）的电极用于表面合金化在AISI 1010钢基板上涂层的合金组织为原位复合组织，表面合金化层为亚共晶和过共晶组织，并含有大量的强化碳化物和硼化物相所获得的合金的组成表明，其在合金化层中含有比用于钢的硬面堆焊的工业应用中所使用的常规硬面堆焊合金多得多的间隙硬质相组织和形貌分析表明，随着铬含量的增加，渗层组织由亚共晶组织向过共晶组织转变研究结果表明，堆焊层的显微组织由以α（Fe-Cr）和（Fe，Cr）23（C，B）6为主相的间隙相，以（Fe，Cr）2（C，B）和（Fe，Cr）7（C，B）3为主相的原位复合结构中的次要相Fe（16-X）Cr X（B，C）_4合金表面层的复合硬度对氧化铝球的摩擦磨损试验表明，随着载荷的增加和Fe（16-X） CrX（B，C）4合金成分中铬含量的降低，表面合金层的摩擦系数降低在本研究中，摩擦系数范围为0.55至0.79表面合金化钢的磨损率随铬含量的降低和载荷的增加而增加合金层的磨损率在3.07× 10 - 5 mm 3/m ~ 6.95× 10- 5 mm3/m之间变化。用恒电位极化法测定了合金化层的耐蚀性涂层的Icorr和Ecorr随合金化层成分的不同而变化，变化范围为1.813 ~9.965mA/cm2和-704.786~-745.792mV随着铬含量的增加，镀层的耐蚀性向更高的方向变化©2020 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍在现代世界中，对用于恶劣工作条件的机器零件的需求日益增加在这些条件下工作的部件会暴露于磨损和腐蚀的表面损失由于更换这些部件会导致较高的运营成本，因此可以通过在部件表面上进行适当的涂层处理来延长服务时间今天，许多方法，如热喷涂，熔覆和焊接，用于机器零件的表面各种表面合金可以使用热喷涂、熔覆和焊接技术涂覆到适当的基底上[1，2]。然而，焊接是关键* 通讯 作者 ： Zonguldak Bulent Ecevit大学 ， 工程 学院， 冶 金和 材料 工程系 ，Zonguldak 67100，土耳其（E。Kocaman）。电子邮件地址：enginkocaman@beun.edu.tr（E.Kocaman）。由Karabuk大学负责进行同行审查。技术，由于其经济和更高的沉积速率相比，其他。许多焊接方法，如手工电弧焊（SMAW）[3]、埋弧焊（SAW）[4]、钨极气体保护焊（ GTAW ） [5] 、 等 离 子 弧 焊 （ PTA ） [6] 、 药 芯 焊 丝 电 弧 焊（FCAW）[7]。激光金属沉积（LMD）[8]工艺主要用于表面合金化处理。然而，在这些方法中，SMAW由于其较高的流动性和沉积速率以及经济效益而脱颖而出。此外，越来越多的耐磨堆焊合金可以使用SMAW方法在工业中应用在许多工业应用中，铁-铬-碳基焊条用于增加钢的表面硬度、耐磨性和在覆盖有具有该成分的双极的表面上，根据电极成分获得诸如亚共晶、共晶和过共晶的结构[9，10]。涂层的性质取决于诸如纳米颗粒的量、分布和形态等https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.08.0032215-0986/©2020 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch534E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533××¼过渡金属的硬质碳化物如MC、M2C、M3C、M7C3和M23C6在结构中原位形成[11还已知铬是强硼化物形成元素。此外，Fe-Cr系中少量的硼可形成稳定的过渡金属硼化物，如MB、M2B、M5B3、MB 4[14当碳和硼同时存在于硬质表面合金成分中时，合金组织呈现出原位复合结构，包括韧性α相和硬质相的过渡金属碳化物和硼化物。显微组织可以表现出亚共晶（a-共晶（a+Mx（C，B））、共晶（a-Mx（C，B））和共晶（a-Mx共晶（共晶（a+Mx（C，B）+ Mx（C，B）块状相）显微结构。合金层，包括这些微观结构，在合金层的耐磨性和耐腐蚀性中起着至关重要的作用[17，18]。制造商和研究人员一直在开发用于工业应用的专用焊接电极。Fe-Cr-C合金与其他焊接方法一起使用非常受欢迎。但是有限研究对Fe（16-X） CrX（B，C）4（X = 3，4，5）层，采用手工电弧焊（SMAW）。本文采用手工电弧焊方法研制了含不同含量铬、硼和碳的Fe-Cr-B-C基堆焊焊条，并对焊条的显微组织和腐蚀行为进行了研究。2. 实验制备了三种类型的焊条，并将其用作SMAW工艺中的堆焊合金焊条涂有不同成分的粉末混合物，所述粉末混合物为含高碳的铬铁（Fe-Cr（HC））、硼铁（Fe-B）和Armco铁粉以及助以金红石（ TiO2 ） 、 碳 酸 钙 （ CaCO3 ） 、 氟 化 钙 （ CaF2 ） 、 二 氧 化 硅（ SiO2）、氧化铝（Al2 O3）以及海藻酸钾（ K-Al 2 O3）、硅酸钾（K2O·SiO2）等添加剂作为熔剂，与铁基合金一起使用耐磨堆焊焊条的组成包括Fe（16-X） CrX（B，C）4（X = 3，4，5），见表1。焊条的芯线为直径为2.5mm的H08A棒，涂层焊条的直径约为5.5mm。表面合金化处理的长度为70 mm，宽度为30 mm，厚度为8 mm。在平坦位置进行沉积;在所有测试中电流和行进速度是固定的。为减少稀释效应，堆焊层为双层堆焊，堆焊层总厚度为4-用扫描电子显微镜（SEM）（JEOL-JSM-6060）观察显微结构。用Cu-Ka射线X射线衍射分析确定了钢基体上形成的堆焊层的相分析;用X射线能谱仪（EDS）研究了接缝部分的硬度用Vickers-Hardness（Future-Tech FM 700）测量，0.5从基底材料到涂层顶部的间隔为mm。所有样品从横截面切割，用砂纸研磨至1200网格，并用0.3μ m氧化铝膏抛光。用乙醇超声清洗后的样品用3%Nital溶液腐蚀后进行显微结构检查。使用摩擦磨损试验机（TRI_ BOtechnic-TRIBotester）在室温下在干滑动条件下进行球盘往复磨损试验。钢球材料为Al2O3（1850HV0.1）.氧化铝球的直径为试验条件为：载荷为2N、5 N和8 N，滑动速度为30 mm·s-1，滑动距离为200 m。磨损体积使用方程式（Eq.（一）V¼A：l1其中l是在磨损表面上形成的轨迹线（mm），A是用3D光学（Huvitz）轮廓仪测量的磨损路径的横切轨迹面积（mm2）。在一定时间间隔后计算磨损体积损失。摩擦系数（COF）用Eq. （2）;FCr（HC）和在AISI 1010普碳钢上进行了堆焊COFsFNð2Þ通过直流反极性的SMAW工艺，在衬底上（见表3）进行所用基材的尺寸表1所制备的电极中铬、硼的原子百分比覆盖（%at.）化合物CR% B% CFeFe13 Cr3（B，C）4151010巴尔Fe12 Cr4（B，C）4201010巴尔Fe11 Cr5（B，C）4251010巴尔其中，COF表示摩擦系数，Fs是在滑动时间期间记录的侧向力（N），FN是施加的法向载荷（N）。采用计算机数据采集系统实时记录堆焊层的摩擦系数利用该公式计算了氧化铝球堆焊层的磨损率WR¼V=S3V其中V是磨损体积，S是滑动距离（m）。采用动电位极化法进行了腐蚀试验根据到ASTMG59-97所有电化学表2电极涂层中使用的粉末的组成（%at.）CCRBMNSiFeH08a<0.10.064–0.35-0.400.10巴尔铬铁6.8168.21–0.5124.468铁-B0.312–18.580.3980.602表3AISI 1010钢基体的化学成分CSiCRSPMNFe0.090.0010.0640.0220.0260.4巴尔E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533535¼--¼ ð Þ使用配备有用于腐蚀的paraCell电化学电池和防水垫圈的Gamry300电化学分析仪系统（Warcraft，PA，USA）进行测量，在硬面表面上留下1cm2的暴露面积用于腐蚀，阴极和阳极腐蚀电流（Icorr）和腐蚀电位（Ecorr）值。因此，使用以下关系式来确定腐蚀速率：在GamryEChemAnalyst软件包（GamryInstruments，PA，USA）中分析数据动电位极化-CRIcorkewdAð4Þ在1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003.5通过标准甘汞参比电极（SCE）和作为对电极的石墨，从500到+1.500 mV的wt% NaCl溶液测试在大气条件（25 °C）和31%（+/ 1）的湿度水平下进行。为了优化结果，使用恒定条件（例如溶液重量、溶液温度和溶液pH = 6）重复三次每个腐蚀测试。获得极化曲线，并测定Icorr（腐蚀电流）、E corr（腐蚀电位）和Rp（极化电阻）值。塔菲尔图是通过交叉获得的在Eq。K是常数，EW是以克/当量为单位的当量重量，d是以克/cm3为单位的密度，A是以cm2为单位的样品面积。随后，根据以下关系式计算腐蚀电流：icorbabc52： 3Rpbabc其中：ba和bc分别为阳极和阴极塔菲尔常数，单位为伏特/十倍。图1. Fe11 Cr5（B，C）4、Fe13 Cr4（B，C）4和Fe12 Cr3（B，C）4合金表面合金化层的SEM显微照片图2. 表面合金化钢样品的SEM显微照片和EDS分析a）Fe 11 Cr 5（B，C）4。536E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533图3.第三章。对表面合金化钢样品a）Fe12 Cr4（B，C）4和b）Fe13 Cr3（B，C）4合金进行了SEM显微照片和EDS分析3. 结果3.1. 显微组织和相采用手工电弧焊工艺将不同原子百分比的铬、硼、碳组成的堆焊焊条和焊剂涂敷在钢基体上，然后在空气中淬火。 平均涂层厚度为4至5mm，具有光滑表面和无孔隙的形貌。涂层的SEM图像如图1所示。 如图1（a）所示，Fe11 Cr5（B，C）4合金电极引起过共晶组织的形成。结果表明，表面合金化层为均匀分布的复合组织，包括共晶基体和颜色较深的块状初生碳硼化物相。在涂层中形成的块状碳硼化物具有尖角结构，并且在涂层中均匀分布。矩阵。深色硼化物相被白色α-（Fe-Cr）相包围。图1（b）和（c）显示了微结构Fe13 Cr3（B，C）4和Fe12 Cr4（B，C）4组合物，其与Fe11Cr5（B，C）4合金的组合物相比具有相对低的Cr比率。显微组织分析表明，合金中存在先共晶初生铁素体（a-（Fe-Cr））相+共晶（a-（Fe-Cr）+M23C6）组织。随着Cr含量的降低，共晶区逐渐减少。组织中出现了白色区域，被认为是初生铁素体，随着铬含量的减少而增加。图图2和图3示出了具有Fe 11- Cr 5（B，C）4、Fe 12 Cr 4（B，C）4和Fe 13 Cr 3（B，C）4组成的表面合金化层的横截面SEM图像和EDS分析。可以看出，Fe和Cr峰存在于指示为初生铁素体的区域中，在EDS中发现了Fe和B峰，以及B和Cr峰E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533537从共晶结构分析。由此可以理解，它支持了白块相为初生铁素体，共晶组织由（a-（Fe-Cr）+M23（C，B）6）相组成的观点。表面合金化层的XRD分析表明，形成的主要相是α-（Fe-Cr）和M23（C，B）6相（M = Fe，Cr），参见图4。X射线衍射分析表明，表面合金化层的成分具有相似的物相。SEM、EDS和元素图谱分析表明，Fe11 Cr5（B，C）4合金为过共晶组织，主要由块状硬质碳硼化物初生相（（Fe，Cr）23（C，B）6）和共晶（α-（Fe-Cr）+（Fe，Cr）23（C，B）6）组成，并含有少量的（Fe，Cr）2（C，B）和（Cr，Fe）7（C，B）3相。J. X. Gong等人解释说，Fe-Cr-B-C耐磨堆焊合金的显微组织由铁素体、奥氏体、马氏体和（Fe，Cr）2B、（Fe，Cr）23（C，B）6、（Fe，Cr）B和（Fe，Cr）3（B，C）的硼化物组成[19]。在本研究中，α-（Fe-Cr）固溶体和主要的（Fe，Cr）23（C，B）6碳硼化物相与少量的（Fe，Cr）2（C，B）和（Cr，Fe）7（C，B）3相共存。(Fe Cr）B和（Fe，Cr）3（B，C）相。Cr-C二元相图表明，在过氧化氢气氛下，液相线Cr7C3相转变为Cr23C6相.固相反应是指固相和液相在特定的温度和组成下一起形成第二固相的反应。在这种情况下，（Cr，Fe）7（C，B）3可以在快速凝固条件下在体系中保持未转化。还已知Fe和B主要在Fe2 B结构中形成硼化物相。在合金系统中，间隙元素如C和B可以像替代元素如Fe和Cr那样彼此发生[20] 。而Fe13Cr3（B，C）4和Fe12Cr4（B，C）4合金中存在先共晶组织。Cr-C二元相图表明，先共晶成分在液相线以下首先形成α相。当温度降至共晶线以下时，组织中出现了α+共晶形式的Cr23C6从图中可以看出，2和3以及图4，形成α-（Fe，Cr）+共晶（α-（Fe-Cr）+（Fe，Cr）23（C，B）6）显微组织。而降低铬和碳含量则使合金组织中α-（Fe-Cr）含量增加，共晶（α-（Fe-Cr）+（Fe，Cr）23（C，B）6）含量R. Shara等人表明，（Fe，Cr）23（C，B）6）相可以在具有不同C-B含量的Fe-Cr-C-B系统的所有组成中热动力学地形成[21]。类似地，M.J.Duarte等人解释说，在合金的不稳定金属玻璃中可以形成（Fe，Cr）23（C，B）6主相，包括Fe、Cr、Mo、B和C元素。图4. Fe（16-X） CrX（B，C）4（X = 3，4，5）堆焊层的XRD图谱。3.2. 硬度和磨损性能涂覆表面的硬度以从基材到涂层末端的0.3mm间隔测量耐磨堆焊层的硬度主要取决于显微组织中硬质相（如碳化物和硼化物）的比例[22，23]。 硬度值如图所示。 五是行扫描。因此，硬质相含量影响所产生的表面层的复合Fe11 Cr5（B，C）4合金的硬度最高，这是因为它比Fe13 Cr3（B，C）4合金含有更多的碳硼化物相，C）4和Fe12 Cr4（B，C）4组成。Fe13Cr3（B，C）4的碳硼化物相最少。随着Cr、B、C含量的增加，表面合金化层的复合硬度值增加，从而导致合金化层中形成较高的碳硼化物相。在Fe13 Cr3（B，C）4~ Fe11 Cr5（B，C）4合金中，硬度值随Cr含量的增加而增加。表面合金化层的硬度在711和1164.3 HV之间变化，取决于合金成分。厄泽尔等人获得的硬度值变化图5.合金化层的硬度分布。图6. 摩擦系数图，取决于30 mm.s速度和2 N-5 N和8 N载荷下的滑动距离。538E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533---图7. 涂层的磨损率取决于不同的载荷。在580 Hv和1200 Hv之间，通过PTA焊接方法对Fe-Cr- B-C合金进行了堆焊研究。结果似乎与这项研究一致。然而，从复合材料中的微观硬度等小点测量的方法可能无法反映整体结果。因此，测量宏观硬度非常重要。在本研究中，根据增加的铬比率，宏观硬度结果分别测量为61.9HRC（+/ 0.5）、65.3 HRC（+/ 0.4）和68.3 HRC（+/ 0.3）。此外，硬度的低标准偏差从整个表面以0.5mm间隔测量的结果表明，涂覆是均匀进行的。图6示出了从钢表面上的Fe（16-X）CrX（B，C）4（X = 3，4，5）基电极涂层对氧化铝（Al2O3）球的磨损测试获得的摩擦系数值。 从图6中可以看出，在0.55和0.79之间变化，取决于施加的载荷。C. Ozel等人研究了Fe-Cr-B-C表面合金钢，他们获得的摩擦系数在0.5和0.75之间，这与本研究一致[24]。G. Cui等人研究了Fe-Cr- B合金与SiC球的摩擦系数，约0.45。I_ t低于本研究和Ozel等研究[24，25]。碳的加入可能在增加摩擦系数的同时还具有SiC的润滑作用。 如图所示。 6载荷的增加和合金中Cr含量的降低导致摩擦系数的降低。这可能是由于施加载荷的增加导致了结合力根据较软的a相在显微组织中的增加，并引起了少量的增加Fe13 Cr3（B，C）4组份在最高载荷（8N）下的摩擦系数随载荷的增大而增大。图7表明，施加载荷的增加和合金层中Cr含量的降低导致磨损率增加。结果表明，硬度值越高，间隙碳硼化物相含量越高，Cr、B、C含量越高，合金层的磨损率越低。铬的碳化物和硼化物以及铁的碳化物和硼化物的吉布斯自由能远低于基体。 此外，间隙原子如硼和碳的共价键根据铁和铬原子的金属键产生强的见图8。Fe12 Cr4（B，C）4成分在5 N载荷下的磨损痕迹（a）SEM显微组织（b）E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533539×× ××××图9. 5 N a-b）Fe11 Cr5（B，C）4c-d）Fe13 Cr4（B，C）4和e-f）Fe12 Cr3（B，C）4合金表面合金化层的磨损痕迹。因此这些相的弹性模量和硬度远高于基体[26，27]。在金属基复合材料结构中，根据众所周知的Archard规则[28，29]，基体中增强硬质相的增加导致复合材料硬度和耐磨性增加众所周知，对于相同体积尺度，分散增强硬质相尺寸的减小导致硬度增加，因此耐磨性增加[30]。在这里，位错运动受到分散的硬质相的限制，从而增加了复合结构的硬度。钢基体和碳硼化物相的共晶导致韧化和硬化组织的形成，因此在侵蚀性条件下的硬质相可以在施加高载荷值时被破坏。然而，共晶组织支持硬质碳硼化物相与具有珠光体状结构的韧性钢基体。铬的碳硼化物相在一起使铁和珠光体状显微组织的共晶晶粒经受住在聚集磨损条件下的原位复合结构。Fe11 Cr5（B，C）4、Fe12 Cr4（B，C）4和Fe13 Cr3（B，C）4表面合金化钢的磨损率10-5 mm3/m至4.2310-5 mm3/m，3.8910-5 mm3/m5.8 10-5mm3/m和4.2 × 10-5mm3/m至6.9510-5mm3/m。研究结果与G. Hu等人的研究表明，载荷值的增加会导致磨损率增加[31]。G. Cui等人'研究表明，Fe-Cr-B表面合金化层的磨损率约为10- 4mm3/m[25]。而在本研究中，磨损率比G。Cui等人的研究。碳可以存在于合金组合物中，导致合金化层的耐磨性增加150%540E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533Fe11 Cr5（B，C）4合金的磨损率随载荷的增加而增加，载荷从2 N增加到5 N时，磨损率增加2 2.2%，载荷从2 N增加到8 N时，磨损率增加37.7%。Fe12 Cr4（B，C）4和Fe13 Cr3（B，C）4合金的该值分别为19-49.1%和23.8- 65.5%。所有合金的磨损率通常彼此接近。从图中可以看出，铬含量的增加（对于8N载荷）导致磨损率降低65.54%。图 8，给出了Fe_（12）Cr_4（B，C）_4复合涂层在5N载荷下磨损后表面的EDS分析结果。SEM照片显示，磨损产物沿磨痕扩展在EDS分析中，可以看出在其组成中除了诸如碳、硼、铬和铁的元素之外还存在氧因此，在所有样品中，抛光过程中的氧化、微磨料已发展为一般磨损机制然而，在图1中给出的5N载荷的磨损试验后拍摄的SEM照片中， 9，可以理解，在样品中形成了不同的磨损机制。 这是在图中看到的。 9b，沿晶界形成的硬质相引起疲劳裂纹。这些相在共晶成分（（α-（Fe-Cr））中+（Fe，Cr）23（C，B）6））在磨损期间承受损坏，但基体在粘着磨损作用下出现凹坑因此，在该组合物中也观察到疲劳磨损机制在Torabinejad等人进行的研究中观察到类似的机制[32]. 图 9d，可以看出，作为硬相的凸起部分不受磨损的影响，但是软相磨损。此外，在磨损表面上可以清楚地分辨出微磨料线因此，在该组合物的磨损过程中，形成了粘着磨料和抛光型磨损类似地，可以看出，图9f中给出的具有Fe11 Cr5（B，C）4组成的涂层在SEM照片中没有任何裂纹，并且块相是耐磨的，但是基质相是点蚀的。这表明涂层含有抛光型磨损。众所周知，在钢中加入铬能提高钢的韧性.此外，增加铬比率有助于基体的硬度和具有块状硬质碳硼化物相的硬度。在研究中进行的磨损试验中，观察到随着铬比率的降低，疲劳磨损机制在涂层中发展因此，增加铬含量有助于提高涂层的耐磨性3.3. 腐蚀行为图图10示出了从合金化表面层的动电位极化曲线导出的塔菲尔图。曲线表明图10. 涂层的动电位极化曲线。Cr含量对表面合金化层的腐蚀行为有显著影响从曲线上可以看出，电流随阴极区电位的增加而减小这种行为表明腐蚀是以活化控制机制发生的。据报道，塔菲尔曲线中的负电位增加了金属溶解所需的阴极反应速率可以看出，腐蚀电位随着电极覆盖组合物中铬的量的增加而增加用15%at.铬含量与基底材料相比增加了10%。可以看出，在涂覆有25%（at.）的阳极的表面中，增加约16%铬含量表4示出了从动电位极化曲线获得的数据。随着铬含量的增加，腐蚀电位升高，电流密度降低。根据Galvele的说法，电流密度值与电极电位直接相关，可以给出有关材料电化学行为的更准确结果[33]。众所周知，随着电流密度的降低，耐腐蚀性将增加。根据这些结果，可以说，随着铬比率的增加，涂层已经变成更高贵的特征。涂层包含α-基体（Fe-Cr）以及取决于结构的铬比率的其它碳硼化物相，如微观结构研究所述。预期在A-基体结构中的主要电化学反应是氧化反应，并且铁基合金在含溶解氧的近中性pH下的腐蚀反应通常可以写成如下[34，35]：阳极反应：Fe！ Fe_（2-x）_（6-x）_（2阴极反应：1 = 2 O2→H2O→ 2 e-！ 2-羟基-1，7-二氢-1，4-二氢-1阴极反应可以是氧还原。整体反应;2 Fe 2 H2O O2！ 2 Fe2H4 OH-！ 2 Fe2OH2H2O另一方面，决定α-基质的化学稳定性的另一个因素是分散在结构中的铬。阳极反应：Cr！ 铬3铬铬3-铬9铬Cr含量的增加使钢表面形成Cr2O3粘结层，Cr含量的增加使钢表面形成更多的Cr2O3粘结层，从而提高了钢的耐蚀性。Fe-Cr合金在3.5%NaCl水溶液中的一般Cr2O34 NaCl<$Cr2O3<$2 H2O<$3 = 2 O2！ Na2CrO4H2O100ml此外，结构中其他相对耐腐蚀性的贡献影响涂层的总耐腐蚀性。随着铬比率的增加，基质相中游离铬的量将增加。这种情况将有助于涂层的耐腐蚀性。然而，由于碳化物和硼化物相的自由能低，它们的腐蚀电位可能比基体的腐蚀电位高。例如，（α-（Fe-Cr）+（Fe，Cr）23（C，B）6）的腐蚀电位被认为比α-（Fe-Cr）基体的腐蚀电位高。（Fe，Cr）23（C，B）6的铬含量高于共晶基体（a-（Fe-Cr）+（Fe，Cr）23（C，B）6）的铬含量。此外，（Fe，Cr）2（C，B）和（Fe，Cr）7C3等次要相也对镀层的耐蚀性有一定的贡献。结果表明，该涂层主要含有M23（C，B）6和少量M7（C，B），B）三相可能改变腐蚀电位[9，37图给出了极化试验后腐蚀表面的SEM照片。一些残留物出现在E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533541表4腐蚀层动电位极化测试结果电极EcorrmVICORRmA/cm2五年/十年BCV/decade腐蚀速率Fe11Cr5（B，C ） 4 Fe12Cr4（ B ， C ） 4Fe13Cr3（B，C）4AISI1010-704.786-727.256-745.792-849.681.8136.0699.96550.341490196218.31227.1473.2146144.31591.1974.3096.08830.757图十一岁 具有各种Cr含量的硬面腐蚀表面a）基材（AISI 1010）b）Fe 11 Cr 5（B，C）4 c）Fe 12 Cr 4（B，C）4d）Fe 13 Cr 3（B，C）4。图11（a）和（b）。这可以解释为塔菲尔曲线的阳极部分的波动是由于保护层与表面的分离而发生的[40]。这可能表明，图9中给出的基底和Fe11 Cr5（B，C）4涂层的塔菲尔曲线中的波动与在表面上形成然后断裂和累积的表面层有关。在图11（c）和（d）中，在基体相和结构化共晶相之间存在部分间隙。Grabke等人指出，分子氯穿透晶界可与M23C6型碳化物发生反应.氯可以与M23 C6型碳化物在氧存在下通过晶界根据以下反应进行反应。反应所需的氯通过反应（6）中的HCl与溶解氧在溶液中。这种情况会损害涂层的耐腐蚀性[36，41]。Cr23C6 23 Cl2 3 O2！ 23 CrCl2氯6钴11氯影响耐腐蚀性的另一个因素是铁合金中的硅。硅不存在于碳化物或硼化物相中，而是溶解在基质相中[42]。通常，认为溶解在基质中的硅有助于涂层的耐腐蚀性[9]。 根据该结果可以看出，腐蚀速率随着铬含量的增加而降低。这是预期的结果，因为由铬形成的相的高耐腐蚀性，并且铬比铁在电镀上更高贵因此，Fe11Cr5（B，C）4涂层的耐蚀性优于其它涂层.4. 结论本文成功地制备了三种不同化学成分的Fe（16-X ） CrX（B，C）4（X = 3，4，5）表面合金化电极。采用手工电弧焊技术进行表面合金化处理。取得了以下结果1. 表面合金化层的成分均为相似相。SEM、EDX和元素分布研究表明，Fe11 Cr5（B，C）4合金的组织为过共晶组织，除（Fe，Cr）2（C，B）和（Cr，Fe）7（C，B）3相外，还含有块状硬质碳硼化物主相（M23（C，B）6）和共晶（a-（Fe- Cr）+M23（C，B）6）。而Fe13Cr3（B，C）4和Fe12Cr4（B，C）4合金则表现为先共晶组织。形成了a-（Fe，Cr）+ Eu_（2+）（a-（Fe-Cr）+M23（ C，B）_6）显微组织然而，在这方面，542E. Kocaman等人/工程科学与技术，国际期刊24（2021）533Cr和C含量的降低导致显微组织中α-（Fe-Cr）含量的增加和共晶（α-（Fe-Cr）+M23（C，B）6）含量的2. 干滑动磨损试验结果表明，摩擦系数在0.55 ~ 0.79之间变化，这取决于合金成分和磨损试验参数。摩擦系数随载荷的增加而在磨损试验中，载荷值的增加导致所有组合物的磨损率增加。3. 腐蚀试验表明，随着合金层中Cr含量的增加在本研究中，Fe11Cr5（B，C）4具有最高的Cr含量，并且其具有比Fe12-Cr4（B，C）4和Fe13 Cr3（B，C）4更高的耐腐蚀性。腐蚀速率随铬含量的增加而腐蚀试验结果表明，Fe11Cr5（B，C）4涂层的耐蚀性优于其它表面合金化材料和基体材料。竞争利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。确认作者感谢TUBI-TAK（土耳其科学和技术研究）提供的资助，项目编号为：219M192。引用[1] R.扎希里河Sundaramoorthy，P. Lysz，C.埋弧焊用铁合金粉末混合物堆焊，表面涂层. 260（2014）220-229.[2] D.- B. Wei，H.-X. Liang，S.-Q. Li，F.-K. Li，F.叮，S.-Y. Wang，Z.-L. Liu，P.-Z.张，基于双层辉光离子渗金属技术的粉末冶金齿轮钨钼合金涂层的组织与摩擦学性能，J。 分钟金属B金属。 55（2）（2019）227-234。[3] X. Wang，F.汉，X.Liu，S.Qu，Z.邹，铁-钛-钒-钼-碳耐磨堆焊合金的显微组织和磨损性能[4] H.Z.吴，P. Muangjunburee，埋弧焊堆焊3.5%铬铸钢的磨损行为，材料。今日：Proc.5（3）（2018）9281- 9289。[5] J. - H. 陈春C. Hsieh，P.-S. Hua，C.-M. Chang，C.-M. 林，P. -T. Y. 吴，W.吴，钨极气体保护焊（GTAW）制备的铁铬碳耐磨合金覆层的显微组织和磨料磨损性能，Met。Mater. 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