X70管线钢激光热辐射渗铝处理后抗盐雾腐蚀行为课件.docxVIP

X70管线钢激光热辐射渗铝处理后抗盐雾腐蚀行为吴永忠，孔德军，龙丹常州大学，常州 213016，中国摘要：对X70管线钢表面进行激光热辐射渗铝后，用扫描电镜观察渗铝涂层的表面形貌，用能谱分析渗铝层化学元素变化。用面扫和XRD分析盐雾腐蚀前后渗铝层表面的元素分布，研究铝涂层对X70管线钢抗盐雾腐蚀性能的影响。结果表明，激光热辐射渗铝后， X70管线钢表面，形成一层均匀、与基体之间相互结合的渗铝层。盐雾腐蚀时，一般X70管线钢表面点蚀严重，随后一般腐蚀形成。激光热辐射渗铝后，在样品表面后生成致密的氧化铝保护膜，防止腐蚀介质的氯离子和基体活性铁原子接触，从而提高X70管线钢抗盐雾腐蚀的能力。关键词：激光热辐射；X70管线钢；渗铝；盐雾腐蚀在中国东部沿海地区，石油管道在盐环境中运行的，因此，盐雾腐蚀成为石油运输过程的隐患。X70管线钢是长距离运输的主要钢种，对它的防腐要求较高；因此，进行表面处理以提高抗盐雾腐蚀能力是至关重要的。X70管线钢得渗铝方法有许多中，如热浸，离子渗铝和粉末包埋渗铝。得到的铝涂层具有高硬度、耐腐蚀性、耐热性。但仍有一些缺点，比如渗铝层较薄、多孔和渗漏，渗铝涂层与基体之间的结合大部分是机械的组合，只有少数的显微冶金结合。采用高速电弧和等离子喷涂技术，渗铝层和基体结合强度低，在使用过程中很容易剥离掉。粉末包埋渗铝获得的波状渗铝层致密，无气孔和杂质，但是复杂的技术和工作条件阻碍了大规模生产。激光热辐射渗铝后，渗铝层与基体贴合紧密。与传统的加工技术相比，激光热辐射渗铝具有较明显的优势，比如渗铝层想基体的扩散量小，基板变形低，并且处理过程较灵活。然而，到目前为止，还没有关于激光热辐射渗铝层抗盐雾腐蚀行为的文章。本文利用激光热辐射处理技术对X70管线钢表面进行渗铝处理，对渗铝层在5%盐雾环境下的腐蚀行为进行了观察，并对渗铝层耐腐蚀机理进行了探讨，从而为X70管线钢抗盐雾腐蚀性能提供实验依据。1实验实验材料为X70管线钢，其化学成分（质量分数）为：C 0.05％，Si0.23％，Mn 1.56％，P 0.014％，S 0.002％，Nb 0.045％，V 0.032％，其余为Fe。激光热辐射渗铝过程如下：铝源为工业纯铝，粘结剂为水玻璃（总体化学成分为铝70%，水玻璃30%）。铝粉末调制成糊状，均匀地涂敷在X70管线钢表面，形成0.3-0.8毫米铝涂层厚度。激光热辐射的工艺参数分别为：功率1.0-1.2kV、扫描速度为1.5-2mm/s，光斑直径为1.5mm。YQW-250型试验箱,参数为100 k Pa、35±2oC，用于盐雾腐蚀实验的腐蚀液为50±5 g/L的NaCl水溶液。当腐蚀完毕后，取出试样样。用jsm-6360型扫描电镜、EDS、XRD、分别分析试样形貌、化学元素和腐蚀产物。?2.结果与讨论2.1表面形貌观察与能量谱分析?渗铝涂层表面相对平坦，只有一些轻微的氧化凹坑，如图1a所示，涂层的化学成分（质量分数）为：铝50.1%、铁45.16%、碳 3.14%、和硫0.09%，而锰含量较少不显示，如图1b所示。根据Fe-Al相图中分析，Fe、Al元素在高温条件下形成多种化合物。激光热辐射渗铝时，渗铝层和基体中的铁原子和铝原子相互扩散，形成的铁-铝化合物。图1 渗铝层的表面形貌（a）和能谱分析（b）?渗铝层表面化学元素分布面扫图如图2所示。铝元素分布在表面，局部空缺是由于渗铝层的局部剥落或裂纹，如图2a所示，Fe和C元素的面扫描分别如图2b和图2c所示。铁元素主要分布在铝元素周围，与铝形成金属间化合物。一部分的碳元素形成硬脆相，增强了渗铝层的耐磨性，因为硬脆相属于另一种形式的替代固溶体，它导致合金晶格畸变，从而提高强化效果。硫元素出现在渗铝层表面，属于杂质离子，它的分布更均匀，硫元素的面扫描图如图2d所示。图2渗铝层表面元素分布面扫图：Al（a）、Fe（b）、C（c）和S（d）?图3显示的是渗铝层的XRD分析图像。渗铝处理后在样品表面形成铁铝固溶相，在固溶相形成过程中，Al原子占据Fe原子的位置，形成致密的、连续的αAl2O3和Fe2Al5金属间化合物，混合相形成阶段Fe 2 Al 5将持续提供Al原子形成氧化层。?图3 渗铝层XRD图谱2.2渗铝层剖面形态和能谱分析渗铝层的剖面形态如图4a所示。激光热辐射渗铝是一个溶解过程，Al原子扩散到基板上；同时，扩散基板上的Fe原子相对于渗铝层是一种反扩散过程。在这两个过程中，铝原子和铁原子的相互渗透使渗铝层和基体之间呈现锯齿状态，形成冶金结合。渗铝层剖面化学元素线能谱图显示在图4b，Al元素从渗铝层外向内过渡的含量变化呈波动状，产生梯度增加。与之相反，在渗铝层上的铁元素的变化具有梯度降低，而且，渗铝层中的铁元素的含量是非常低的。在渗铝层和基体中的锰元素含量没有变化，表明锰元素不扩