（馬鞍山馬鋼表面工程技術(shù)有限公司，馬鞍山 243021）

熱噴涂是將熔融或半熔融狀態(tài)微粒以高速沖擊到基體表面，形成具有一定特性涂層的表面處理方法[1]。這種涂層是由相互疊加的微粒構(gòu)成，疊加的微粒之間必然存在孔隙，尤其是貫穿性孔隙的存在。腐蝕介質(zhì)就有可能通過穿孔到達(dá)被保護(hù)基體的表面，使涂層與基體發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)侵蝕，腐蝕產(chǎn)物在界面積累，使熱噴涂層龜裂、剝落，最終導(dǎo)致涂層失效[2]。

解決熱噴涂涂層存在孔隙的主要途徑是采用封孔技術(shù)，即將封孔劑涂覆并滲入熱噴涂涂層，填塞熱噴涂涂層的空隙，從而實(shí)現(xiàn)對熱噴涂涂層的封孔處理。

對于帶鋼熱鍍鋅線使用的沉沒輥和穩(wěn)定輥而言，其長時間浸沒在450～480℃溫度下的鋅液中，因此，沉沒輥和穩(wěn)定輥除了要求防粘鋅、防鋅液腐蝕外，還要求具有良好的耐磨損、耐酸腐蝕等性能。無機(jī)封孔劑如由鉻酸水溶液形成的化學(xué)膜、由金屬醇鹽系統(tǒng)組成的酒精水溶液形成的無機(jī)物膜和由磷酸鋁系統(tǒng)、水玻璃系統(tǒng)形成的溶膠—凝膠膜，盡管這些無機(jī)系列的封孔膜能在一定程度上阻止熔融的鋅液的滲透和粘附，但都不能適用于5%的稀硫酸。在常溫環(huán)境下，硅樹脂和有機(jī)環(huán)氧樹脂具有良好的耐稀硫酸作用，但其耐熱性差，不能用于480℃的操作環(huán)境。

目前我公司修復(fù)的沉沒輥、穩(wěn)定輥，經(jīng)超音速噴涂WC-12%Co涂層后，使用從日本KOKA公司進(jìn)口的封孔劑進(jìn)行封孔處理。盡管進(jìn)口封孔劑的封孔效果較好，但成本非常昂貴，供方也不肯提供配方，且該封孔劑不能長時間保持，否則造成封孔劑封孔效果失效，這些都制約了公司發(fā)展。

本文提供了一種封閉性較好的復(fù)合封孔劑制備方法，可以改善沉沒輥、穩(wěn)定輥涂層的耐高溫腐蝕性能，抗粘鋅性能，涂層使用壽命提高1倍以上，且價格便宜，可滿足生產(chǎn)使用的需要，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 復(fù)合封孔劑的制備及優(yōu)化

本文設(shè)計的復(fù)合封孔劑由三部分組成，即：由SiO2、AL2O3和CrO3的水溶液組成的底層封孔劑；由CrO3水溶液組成的中間層封孔劑；由BN和CrO3的水溶液組成頂層封孔劑。封孔劑中Al2O3、SiO2皆選用納米粉末，CrO3選用工業(yè)鉻酸酐；BN選用超細(xì)粉末。三層封孔結(jié)構(gòu)具有不同的作用：其中，底層具有良好的耐熔融鋅液的性能和熱振性能。此外，封孔劑還能阻礙涂層與熔融鋅液之間的反應(yīng)；中間層密度高，它能防止熔融鋅液和稀硫酸的滲透；頂層用于防止粘渣和粘鋅。

通過正交試驗(yàn)設(shè)計和大量試驗(yàn)，優(yōu)化三層復(fù)合封孔劑的合適配比。其中，底層封孔劑中CrO3、H2O、AL2O3和SiO2的重量份比為25：（50±4）：（7±2）：（18±4）；中間層封孔劑中CrO3、H2O的重量份比為（56±4）：（44±4）；頂層封孔劑中CrO3、H2O和BN的重量份比為28：（44±4）：（28±4）。

1.2 涂層的制備

選擇樣品尺寸為100mm×30mm×5mm的SUS316L不銹鋼為基體材料，采用超音速熱噴涂的方法制備WC-12%Co涂層，噴涂前試樣表面需進(jìn)行除銹、噴砂處理。采用WokaStar@-640噴槍在試樣表面制備0.1mm厚的涂層。噴涂具體工藝參數(shù)如下：氧氣流量814NLPM；煤油流量23.1L/h；送粉速度45×2g/min；噴涂距離340mm。

1.3 封孔處理

封孔工藝：首先使用刷涂方法將底層封孔劑均勻的涂覆于熱噴涂涂層表面，并使其充分滲入到涂層的孔隙中；將封孔的涂層放在450～500℃溫度下保溫1～3小時；然后依次刷涂中間層封孔劑，再采用相同的固化工藝進(jìn)行固化處理；最后刷涂頂層封孔劑，再采用相同的固化工藝進(jìn)行固化處理。其中，CrO3在450～500℃的高溫下分解為三氧化二鉻和氧氣，即：

從化學(xué)反應(yīng)方程式（1）中可以看出，原來六價的Cr離子轉(zhuǎn)變成三價的Cr離子，封孔劑的熱穩(wěn)定性得到大大增強(qiáng)。熱噴涂層封孔輪廓圖如圖1所示，封孔固化工藝如圖2所示。

圖1 熱噴涂層和封孔輪廓圖Fig.1 Thermal spray coating and its sealing morphology

圖2 熱噴涂層封孔固化曲線圖Fig.2 Sealing curve of thermal spray coatings

1.4 試樣的耐酸腐蝕、鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)

涂層工作在450～480℃的鋅液熱腐蝕環(huán)境中，沉沒輥和穩(wěn)定輥下線后輥面粘有金屬鋅和鋅渣，需要用5%的稀硫酸進(jìn)行化學(xué)退鋅處理。耐鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)是將封過三層封孔劑的試樣放入實(shí)際運(yùn)行的熱鍍鋅生產(chǎn)線鋅鍋的鋅液中，與在線的沉沒輥、穩(wěn)定輥承受相同的沖擊和熱腐蝕，試驗(yàn)時間與沉沒輥和穩(wěn)定輥的運(yùn)行周期一致，然后將浸鋅的試樣放入5%硫酸濃度的溶液中，在常溫下檢測5天、10天、15天試樣表面的腐蝕情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 封孔前后涂層表面形貌

熱噴涂涂層封孔前后的表面形貌如圖3所示。從圖3(a)中可以清晰看到涂層的孔隙，涂層的孔隙率為0.56%。圖3(b)為封孔處理后的涂層，可見，涂層中的孔隙幾乎都被封孔劑封住。這說明封孔劑已經(jīng)滲入涂層中的孔隙，起到填充作用，顯著降低涂層的孔隙率，涂層的孔隙率為0.2%。此外，封孔劑還可以屏蔽或減緩?fù)獠扛g性介質(zhì)對涂層及基體的滲透作用，從而對涂層起到很好地保護(hù)作用，延長涂層的使用壽命。

圖3 涂層封孔前后形貌Fig.3 The morphology of the coatings before and after sealing treatment

2.2 試樣的耐酸腐蝕、鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)

2.2.1 耐酸腐蝕

封孔后的試樣放入5%硫酸濃度的溶液中，檢測室溫條件下5天、10天、15天試樣表面的腐蝕情況，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，隨著浸在酸液中的時間加長，試樣表面顏色略有加深，但基本上并沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕凹，這說明封孔處理涂層具有良好的耐酸性能。

圖4 涂層酸液腐蝕形貌Fig.4 Typical corrosion morphologies of the coating at various holding time

2.2.2 試樣的耐鋅腐蝕和抗粘鋅情況

將耐鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)的試樣放入實(shí)際運(yùn)行的熱鍍鋅生產(chǎn)線鋅鍋的鋅液中，試驗(yàn)時間為15天。達(dá)到設(shè)計時間后將試樣從鋅液中提起，立即用鐵棒清除試樣表面的鋅液，觀察試樣表面的狀況，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，圖中從左之右依次為使用磷酸鋁+BN+Al2O3封孔的試樣；使用新配制三層復(fù)合封孔劑封孔的試樣和使用KOKA封孔劑封孔的試樣。研究結(jié)果表明，磷酸鋁+BN+Al2O3封孔的WC-12%Co涂層試樣表面粘附的鋅不易被清除，而使用新配制三層復(fù)合封孔劑封孔的WC-12Co涂層和使用KOKA公司進(jìn)口封孔劑的涂層粘附的鋅容易被清除。

圖5 試樣封孔耐鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)Fig.5 Corrosion resistance and anti sticking zinc of the samples sealed

2.3 復(fù)合封孔劑試用

選用一只穩(wěn)定輥，在噴涂低碳WC-12%Co涂層上使用本文研制的三層復(fù)合封孔劑進(jìn)行封孔處理，然后試用到生產(chǎn)線上運(yùn)行一個周期，下線后用稀硫酸進(jìn)行退鋅處理，觀察輥面的涂層狀況，結(jié)果如圖6所示。圖中上面的穩(wěn)定輥是經(jīng)過本文研制的復(fù)合封孔劑封孔處理的，下面的穩(wěn)定輥是經(jīng)過國外進(jìn)口封孔劑封孔處理的。從圖中可以看出，經(jīng)試用后的輥面涂層質(zhì)量較好，沒有發(fā)生明顯的鋅腐蝕和輥面粘鋅情況，兩者效果一樣，沒有區(qū)別。說明本文研制的復(fù)合封孔劑具有良好的抗鋅腐蝕和粘鋅性能，其性能能達(dá)到國外進(jìn)口封孔劑的效果。

圖6 工件封孔耐鋅腐蝕和抗粘鋅試驗(yàn)Fig.6 The workpiece hole sealing zinc corrosion resistance and anti sticking zinc test

3 結(jié)論

（1）本文設(shè)計三層復(fù)合封孔劑，即：由SiO2、AL2O3和CrO3的水溶液組成的底層封孔劑、由CrO3水溶液組成的中間層封孔劑和由BN和CrO3的水溶液組成的頂層封孔劑。試驗(yàn)證明該復(fù)合封孔劑能很好的應(yīng)用于沉沒輥和穩(wěn)定輥超音速噴涂層封孔處理。該復(fù)合封孔劑具有良好的封孔性能、耐高溫、耐酸腐蝕、耐鋅腐蝕和抗粘鋅等性能。

（2）采用刷涂的方法，在涂層表面進(jìn)行封孔處理。涂層表面的孔隙基本被封住。封孔劑可滲入涂層中的孔隙中起到填充作用，從而顯著降低涂層的孔隙率。封孔處理后封孔層可以屏蔽或減緩?fù)獠扛g介質(zhì)對涂層及基體的滲透作用，從而起到有效的防護(hù)作用。