謝春洋，孔德軍, 2

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激光淬火對Cr12MoV鋼滲硼層鹽霧腐蝕和電化學腐蝕的影響

謝春洋1，孔德軍1, 2

(1. 常州大學 機械工程學院，江蘇 常州，213164；2. 常州大學 江蘇省材料表面科學與技術重點實驗室，江蘇 常州，213164)

利用熱浸滲法在Cr12MoV鋼表面制備一層滲硼層，對其進行CO2激光淬火處理。采用電子掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和X線衍射儀(XRD)分析滲硼層鹽霧腐蝕前后表面形貌、化學元素組成和物相，考察激光淬火前、后滲硼層鹽霧腐蝕性能。通過電化學工作站測試激光淬火前后試樣自腐蝕電位、電流密度和腐蝕速率等腐蝕特性，討論激光淬火對電化學腐蝕的影響機理。研究結(jié)果表明：滲硼后表面產(chǎn)生許多孔隙，激光淬火消除這一缺陷。鹽霧腐蝕后滲硼層產(chǎn)生間隙腐蝕，主要腐蝕產(chǎn)物為γ-FeO(OH)和Fe3O4，激光淬火試樣只出現(xiàn)少量點蝕和細微裂紋，鈍化膜由Fe3O4和α-FeO(OH)組成。激光淬火后滲硼層自腐蝕電位未發(fā)生變化，但激光淬火后自腐蝕電流密度下降11%，電化學腐蝕性能得到明顯的改善。

Cr12MoV；滲硼層；激光淬火；鹽霧腐蝕; 電化學腐蝕

Cr12MoV鋼是一種應用廣泛的冷作模具鋼，主要用于各類冷沖壓模具的制造。由于其工作過程受力情況復雜[1]，在潮濕環(huán)境中易出現(xiàn)腐蝕損傷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量和模具使用壽命[2?3]。滲硼處理作為一種常規(guī)的材料表面強化工藝，可以提高材料表面硬度、耐磨性和耐蝕性等[4?6]，但是滲硼層表面產(chǎn)生孔隙的缺陷，容易導致腐蝕的發(fā)生[7?8]，因此，需要對滲硼層進行表面改性處理[9]。激光淬火具有速度快、能量高和工件變形小等特點，可以有效地消除滲硼層表面孔 隙[10?11]。國內(nèi)已有學者將激光淬火應用于滲硼層的處理[12]，經(jīng)激光淬火后滲硼層耐磨損性能得到顯著的提高，但有關滲硼層激光淬火后腐蝕性能的研究甚少。本文作者利用激光淬火對Cr12MoV鋼滲硼層進行改性處理，采用SEM，EDS和XRD分析腐蝕前后試樣表面腐蝕產(chǎn)物形貌、化學元素組成和物相，對自腐蝕電位和自腐蝕電流密度等特性進行測試，對評估Cr12MoV鋼耐腐蝕性能具有工程應用價值。

1 試驗方法

試驗材料為Cr12MoV鋼，質(zhì)量分數(shù)(%)為：C 1.45~1.70，Si≤0.40，Mo 0.40~0.60，S≤0.03，P≤0.03，Cr 11.00~12.50，V 0.15~0.30，其余為Fe。滲硼設備為鹽浴爐，鹽浴成分包括供硼劑、還原劑和添加劑，其中滲硼劑由硼砂和碳化硼組成，采用SiC、硅鈣合金和鋁粉作為還原劑，另用少量NaCl和其他鹽酸鹽作為添加劑。鹽浴成分：80%Na2B4O7+13%SiC+3.5% Na2CO3+3.5%KCl。當鹽浴溫度加熱至1000 ℃時，將試樣浸入鹽浴中，保溫6 h后取出，油淬，180 ℃回火2 h，即得滲硼試樣。激光淬火在GLS?IB型CO2激光器進行，工藝參數(shù)為：功率1500 W，掃描速度12 mm/s，光斑直徑4 mm，掃描方式為直線掃描，不設置搭接區(qū)。激光淬火前對試樣表面進行黑化處理，以提高激光吸收率。鹽霧腐蝕試驗在鹽霧腐蝕箱中進行，試驗條件：噴霧介質(zhì)為5% NaCl溶液，溫度為(35±1) ℃，試驗周期為168 h。在CS350電化學工作站上進行電化學測試，測試面尺寸(長×寬)為10 mm×10 mm，其余面進行包覆處理，測試前浸泡72 h。腐蝕介質(zhì)為5% NaCl溶液，試驗方法為動電位測試法，掃描速率為10 mV/s。試驗完畢后，用JSUPRA5型場發(fā)射掃描電鏡和JSM?6360LA型掃描電鏡及其配制的電子能譜儀分析腐蝕前、后試樣表面形貌和元素組成，利用D/max2500 PC型X線衍射儀對腐蝕產(chǎn)物物相進行 分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 腐蝕前表面形貌

原始試樣表面較平整，無明顯的缺陷，如圖1(a)所示。滲硼后試樣表面組織呈片狀特征，出現(xiàn)較多細小的孔隙，如圖1(b)所示?？紫秮碓从跐B硼時一些不溶于硼化物的原子如Si和Cr等在硼化物晶界聚集形成孔核，同時，原子熱運動帶動空位聚集，冷卻時聚集的空位坍塌產(chǎn)生裂縫，最終導致孔隙的形成[13?14]。由圖1(c)可見：激光淬火后滲硼層孔隙減少，這是由于激光淬火后發(fā)生了由面心立方晶體的奧氏體向體心四方結(jié)構(gòu)(BCT)的馬氏體相變，體積發(fā)生膨脹的緣故。