[发明专利]一种Fe‑B‑W‑Mn‑Al耐锌液腐蚀整体材料

说明书

技术领域

本发明属于材料高温腐蚀技术领域，具体涉及一种耐锌液腐蚀的Fe-B-W-Mn-Al铁基合金。

背景技术

目前，热浸镀锌工艺是世界上钢铁防腐技术中最有效、最广泛应用的技术之一。钢铁工件经镀锌后，其耐蚀性可提高11-28倍，因此广泛应用于冶金、建筑、电力、通讯、车船等行业，在国民经济中占有很大比例。但由于锌液对热镀锌的工艺设备有强烈的腐蚀作用，导致镀锌设备使用周期很短，平均使用周期7～14天，设备的频繁更换，不仅影响了热浸镀锌生产，而且造成了资源的大量浪费。目前，耐锌液腐蚀整体材料中Fe-B合金以其良好的耐锌液腐蚀性，低廉的价格受到人们的关注。已有研究表明，硼铁合金具有双相组织，即网状Fe₂B相和α-Fe基体。其中Fe₂B相是耐蚀相同时也是一种脆性相，与锌液的润湿性很差；而α-Fe基体很容易被锌液腐蚀。在锌液中，α-Fe基体优先被锌液腐蚀，形成铁锌金属间化合物，而Fe₂B相作为耐蚀相能够有效地阻碍锌液向基体中扩散保护了铁素体相，但由于Fe₂B相的本质脆性，受到相变应力的作用产生裂纹，并最终剥落，导致了腐蚀过程的重复进行，从而最终导致材料的失效。很多研究通过对Fe-B合金合金化来提高其耐蚀性，例如添加Cr元素能够提高Fe₂B相的热稳定性和韧性，但对α-Fe基体耐蚀性的提高不明显，因此作为耐锌液腐蚀材料，结果仍然不理想。改善α-Fe基体的耐锌液腐蚀性能，有望提高Fe-B合金整体的耐蚀性，因此设计一种既能够提高Fe₂B相热稳定性和韧性，也能够提高α-Fe基体耐蚀性的材料，对Fe-B合金耐锌液腐蚀性能潜力的发掘有重要的意义，也具有可观的工业应用前景。

发明内容

针对硼铁合金存在铁素体耐腐蚀性差、Fe₂B相耐腐蚀却脆易剥落等问题，本发明提供一种耐锌液腐蚀铁基整体材料，该材料在提高Fe₂B相耐蚀性的同时，也对α-Fe基体的耐蚀性有明显的提高，从而使该材料具有优良的耐锌液腐蚀性能。

本发明所采用的技术方案是：以硼铁和工业纯铁为基体材料，通过在硼铁和工业纯铁中加入W、Mn和Al熔炼成一种Fe-B-W-Mn-Al合金，熔炼过程中B的损失率为7～16％，所述Fe-B-W-Mn-Al合金由如下按质量百分比计的组分构成：B 3.5～4.17％，W 8-13％，Mn 5～7.5％，Al 1～5％，Fe余量；优选为B 4.17％，W 12％，Mn 5～7.5％，Al 1～5％，Fe余量；更优选为B 4.17％，W 12％，Mn 7％，Al 1～4％，Fe余量；最优选为B 4.17％，W 12％，Mn 7％，Al 4％，Fe余量。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以硼铁和工业纯铁为基体材料，通过向其加入合金元素W、Mn和Al进行熔炼得到Fe-B-W-Mn-Al合金，其中W，Mn元素主要作用于网状Fe-B相，能够有效地提高Fe-B相的热稳定性和韧性，实验结果证明，在长时间腐蚀条件下，没有出现明显的裂纹，能够对锌液向基体材料中扩散起到有效的阻碍作用；Al元素主要固溶于α-Fe基体中，有研究表明，Al元素能够有效的阻碍铁与锌液的反应，从而大大延缓了铁素体腐蚀的时间，同时，由于Al元素的固溶作用，随着锌液向铁素体中的扩散，在α-Fe基体与锌液之间形成了铁铝锌的化合物层，此化合物层能有效阻碍锌原子的扩散，从而显著的提高了α-Fe基体的耐锌液腐蚀性能。经过实验证明，本发明的材料在520℃锌液中腐蚀速率为0.494×10^-3mm·h^-1～0.844×10^-3mm·h^-1，与Fe-W-B合金相比提高了3～4倍，而与常见的不锈钢材料1Cr18Ni9Ti在相同的腐蚀环境下相比，该材料的耐蚀性提高了82～96倍。

(2)本发明通过在硼铁和工业纯铁中合理添加W、Mn和Al，使得各元素之间充分发挥协同作用，显著提升了材料的耐蚀性，此外，本发明的材料成分资源丰富，成本相对较低，制备工艺简单，在硼铁和工业纯铁中加入W、Mn和Al进行熔炼即可，因此在热浸镀锌工业中拥有非常可观的应用前景。

附图说明

图1为铸态合金腐蚀深度随时间变化曲线图。

图2为铸态合金平均腐蚀速率随时间变化曲线图。

图3为实施例1合金经48h腐蚀后的腐蚀界面的SEM图。

图4为实施例2合金经48h腐蚀后的腐蚀界面的SEM图