摘要：目前疏浚管道的磨蚀问题已成为亟待解决的技术难题，传统疏浚管道材料难以满足复杂流体介质对管道内壁磨损和腐蚀性能的要求。等离子熔覆法是利用等离子体作为热源，对金属进行表面处理，使其具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗冲击等性能。文章采用等离子熔覆技术，选用Fe基合金粉末作为熔覆材料，在Q235号钢基体表面制备耐磨损的熔覆层，采用XRD物相分析及金相组织，观察熔覆层的组织状态，并研究不同条件下的冲蚀磨损性能，从而改善疏浚管道的耐腐蚀、耐磨损性能。
　　关键词：等离子熔覆；冲蚀磨损；疏浚管道
　　随着疏浚行业规模扩大，排泥管道的需求量和随之产生消耗量迅速增加，管道维护而产生的施工成本迅速提升。疏浚管线的磨蚀问题已成为疏浚管线发展中亟待解决的技术难题。等离子体熔覆法，可在普通金属材料表面制备与基体呈冶金结合的表面功能涂层，从而显著改善基体材料的耐磨、耐蚀、耐热等性能，因此成为表面改性研究和发展的热点之一［1-3］。
　　采用等离子体熔覆技术制备的抗磨蚀管道，有望解决传统疏浚、管道耐磨蚀、耐腐蚀的难题。文章采用冲蚀磨损试验机测试等离子熔覆耐磨板的冲蚀磨损性能，研究不同冲蚀角度对等离子熔覆耐磨板的影响，并分析磨损机理［4］。
　　1.等离子熔覆耐磨板的制备
　　以Q235号钢为基础，采用等离子熔覆工艺，制作Fe基合金的等离子熔覆层，获得与其冶金结合的耐磨涂层。为确保熔覆层的均匀性，选择100~200目粒度的铁基合金粉末，以获得更好的等离子熔覆处理效果。两者主要成分如表1和表2所示。

耐磨板的编号为201和202，其中201为20mm的薄板，202为45mm的厚板，耐密板均为无裂纹的等离子熔覆板材，且表面平整，将实验样品切割加工尺寸为10mm×10mm×40mm，并对试样表面进行细磨、抛光，腐蚀，便于观察其金相组织。
　　2.成分及组织分析
　　2.1 XRD物相分析
　　由图1可知，在X射线衍射谱上，铁基合金的表面存在着明显的结晶相衍射峰，同时也存在着一些较弱的峰位。涂层以铁素体α-（Fe、Cr）和高铬铸铁（CrFe）7C3碳化物为主。在转动到44。左右的时候可以发现，在熔覆层中，α-Fe相含量最多，它与纯铁的组成相似，具有体心立方晶格、碳溶解度低、强度和硬度较低、塑性和韧性较好。（CrFe）7C3碳化物的硬度为HRV50 1200~1800，高于普通白口铸铁。

2.2金相组织分析
　　为更好地研究熔覆层微观组织，对Fe基合金熔覆层进行微观组织观察，结果如图2、图3。

由图2可知，在该工艺条件下，熔覆层内部的显微组织以枝晶间网络共晶为主。由图3可知，熔覆层组织均匀、致密，并且网状共晶结构本身呈现出大面积的片状、条状和块状，在共晶内部有细小的块状和条状化合物，这些化合物通常是碳化物。
　　201号试样的熔覆层的金相组织见图2所示，图中碳化物分为长条状和大的块状碳化物、细的片状碳化物以及小尺寸的颗粒状碳化物。长条状和块状碳化物组织为初生碳化物相，片层状碳化物为共晶碳化物组织，颗粒状碳化物为二次析出碳化物组织。图3为202号试样的熔覆层金相组织，由α-（FeCr）相的枝晶组织和共晶组织组成，Cr7C3碳化物呈块状或鱼骨状形态存在［5］。
　　3.冲蚀磨损性能分析
　　3.1冲蚀磨损
　　对样品进行研磨和抛光，并用丙酮清洁，干燥后用分析天平（灵敏度为0.1mg）进行称量。试验过程中，每隔一段时间，用超声波清洗样品，并对样品称重，确定样品的质量损失。相对耐磨性的计算公式为：
　　ε=(Δms/Δm）×（L/Ls）×(ρ/ρs）
　　式中：Δm为测试钢的实际质量磨损，g；Δms为对应的标准钢样品（Q235）的实际磨损量，g；L为被测钢样品在m处的真实磨耗；Ls为对应的标准钢样品以m表示的实际磨耗；ρ为测试用钢样品的密度；ρs为对应的标准钢试件的密度。
图4为不同冲蚀角度的冲蚀磨损失重柱状图，表3为相对耐磨性的计算结果，HD450耐磨板为对照组。从图4中可以看出，磨损失重随着冲蚀角度的不同而发生变化，60。冲蚀角展现出较大的磨损失重。由于随着磨损形态为60。时，表面上的划痕显著减小，划痕长度减小，划痕深度减小。随着竖向分力的增大，凿削损伤区的数目和深度均显著增多，且由塑性形变引起的疲劳剥离现象也相应增多。

　　根据图4可知，202熔覆耐磨板的冲蚀磨损失重比201熔覆耐磨板大，所以201熔覆耐磨板更加耐磨。
　　3.2 SEM分析
　　图5是202镀层板材不同冲蚀角度的扫描电镜照片。在30。冲蚀角度时，磨粒的切线分力最大，短切效应最显著，磨粒表面存在较多的短切磨粒。由于在垂直方向上的碰撞分力较小，因此由局部塑性形变引起的疲劳层裂面积很小。扫描电镜观察到，在30。的冲蚀角下，熔覆层表面出现了明显的微细切割痕迹。表面无剥离凹坑，表明涂层的损伤程度很轻，主要是以微切割和疲劳剥离为主。在表面形貌上没有发现明显的塑性形变，表明该熔覆层具有良好的抗腐蚀性能。相比于30。冲蚀角的磨损形貌，60。冲蚀角度的增加，结果表明，微细切割痕显著减小，犁沟的长度和深度均有所缩短。随着竖向分力的增大，凿削损伤区的数目和深度均显著增多，且由塑性形变引起的疲劳剥离现象也相应增多。当冲蚀角为90。时，大部分的硬石英砂粒与金属表面垂直碰撞，以冲击剥落为主，在该图中可以看到有大范围的塑性形变引起的疲劳剥落磨损区。在90。角时，砂土颗粒的冲击强度很大，而切割效果很小，涂料表面没有明显的切割痕迹，只有少量的犁沟变形脊。当腐蚀角度为90。时，该熔覆层具有强烈的冲击效应，但是没有出现在高碰撞条件下的脆性破坏，表明该熔覆层在90。时具有良好的抗脆性腐蚀能力［6-7］。

4结语
　　（1）试件熔覆效果良好，未产生气孔、裂纹等缺陷；Fe元素在熔覆层内分布均匀；枝晶间形成了硬质碳化物，有利于提升熔覆层的硬度；熔覆层主要由Cr7C3碳化物和α-（FeCr）相作为基体相等硬质相构成。熔覆后疏浚管道材料的耐磨性提高了。
　　（2）冲蚀磨损实验中，201熔覆耐磨板磨损量小于
　　202熔覆耐磨板的磨损量，熔覆层表现出更优异的耐磨性，故201熔覆耐磨板更加耐磨，更适合做疏浚管道的材料。
　　（3）材料受宏观硬度、韧性及微观结晶组分分布等因素影响，不同的冲蚀角度下的磨损程度也不同。60。冲蚀角表现出较大的磨损失重，90。冲蚀角表现出较小的磨损失重，30。冲蚀角的磨损失重居中。
　　参考文献
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