20鋼表面防腐和耐磨層的制備

20鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，該鋼韌性、塑性和焊接性均好，適合進(jìn)行彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，在汽車、拖拉機(jī)及一般機(jī)械制造業(yè)中有廣泛用途，但強(qiáng)度和硬度偏低，造成耐磨性較差。

西南石油大學(xué)采用固體粉末滲入法在20鋼表面制備了Zn-Al合金滲層，顯示出有效的防腐耐磨的防護(hù)功能。滲劑的組成包括鋅粉鋁粉、氧化鋁、氯化銨、氯化鋁、氧化釔。鋅鋁滲入前試樣需經(jīng)過砂紙打磨、拋光處理和乙醇丙酮超聲清洗；將滲劑和試樣基片均勻地放入氧化鋁坩堝內(nèi)；為防止氧化，在滲劑的表面鋪一定厚度的石墨，并用粘土和水玻璃調(diào)制一定粘度的試劑對(duì)坩堝進(jìn)行密封；放入干燥箱中烘干，并在馬弗爐中進(jìn)行共滲處理。滲入溫度為450～460 ℃，滲入時(shí)間4 h；然后隨爐冷卻。

檢測表明，所制備的Zn-Al合金滲層的厚度約為45 μm，在距涂層表面5 μm范圍內(nèi)，元素含量的整體情況為：Fe＞Al＞Zn，為富Al層；在距涂層表面5～45 μm范圍內(nèi)，元素含量的整體情況為：Fe＞Zn＞Al，為富Zn層。滲層中主要物相包括由Al與Fe形成的AlFe相和由Zn與Fe形成的FeZn10.98與FeZn8.87，F(xiàn)eZn6.67，F(xiàn)e3Zn10等相。Zn-Al滲層的表面硬度可達(dá)325 HV，遠(yuǎn)高于基體的180 HV，說明通過Zn，Al元素滲入可以在基體表面及近表面處形成一定厚度的Al-Fe和Zn-Fe合金相，這些中間相的產(chǎn)生可以較明顯提高鋼基體的表面硬度，增強(qiáng)20鋼的耐磨性能。

經(jīng)旋轉(zhuǎn)摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的室溫?zé)o潤滑摩擦試驗(yàn)表明，Zn-Al滲層除了增加基體硬度，提高耐磨性，還有一定潤滑減摩作用，可以更好地對(duì)鋼基體進(jìn)行表面防護(hù)。對(duì)有Zn-Al滲層和沒有Zn-Al滲層的20鋼進(jìn)行48 h的鹽霧試驗(yàn)（腐蝕液為5%NaCI溶液，溫度為33 ℃），可以看到，沒有Zn-Al滲層保護(hù)的20鋼表面完全被銹蝕，出現(xiàn)疏松、多孔的情況，而Zn-Al滲層試樣表面整體較致密平整，某些區(qū)域出現(xiàn)了少量白色腐蝕產(chǎn)物，即滲層被腐蝕后出現(xiàn)的白銹，可見Zn-Al滲層明顯提高了20鋼的耐蝕性能。從電化學(xué)測試在5%NaCl溶液中的極化曲線可以看到，Zn-Al滲層的腐蝕電流密度為6.13×10-6 A/cm2，腐蝕電位為-0.78 V；而20鋼基體的腐蝕電流密度為8.12×10-5 A/cm2，腐蝕電位為-0.44 V。Zn-Al滲層的腐蝕電流密度明顯比20鋼基體小，這說明滲層的防腐蝕機(jī)理主要是陰極保護(hù)作用，腐蝕電流密度低的滲層試樣耐蝕性能較好。

他們的工作表明，在20鋼表面制備Zn-Al滲層是提高20鋼基體耐磨減摩和耐蝕性能的有效措施。他們所采用的固體粉末滲入法（控制溫度在450～460 ℃，Zn含量為50%，Al含量為20%，滲入時(shí)間4 h），可以在20鋼表面生成均勻、致密的Zn-Al合金滲層。滲層主要由Al-Fe和Zn-Fe中間相組成；Zn-Al滲層的表面硬度較20鋼的硬度有了大幅的提高。Zn-Al合金滲層的這種結(jié)構(gòu)和硬度是其提高20鋼基體耐磨減摩和耐蝕性能的原因。