[发明专利]一种定向凝固Fe-B-Si合金表面保护膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种定向凝固Fe‑B‑Si合金表面保护膜及其制备方法，将采用定向凝固工艺制备的Fe‑B‑Si合金放入液态锌中进行界面反应，反应结束后，冷却得到具有三层卯榫结构保护膜的Fe‑B‑Si合金；形成的表面膜与金属基体形成相互嵌合的卯榫结构，牢固且稳定性和致密性高，能够有效防止锌液空蚀所引起的表面剥落现象。

技术领域

本发明属于热镀锌工程装备耐锌液腐蚀技术领域，具体涉及一种定向凝固Fe-B-Si合金表面保护膜及其制备方法。

背景技术

金属的腐蚀给我国经济与工业发展造成了巨大的损失，其中，流动介质的空蚀所造成的的经济损失和安全问题不容小觑。热镀锌是应用最为广泛的金属防腐蚀工艺，其具有成本低，效率高等优点。但是在连续热镀锌的生产线上，沉没辊，稳定辊等关键零部件长期浸没在高温零部件中，收到液态锌的强烈腐蚀，严重影响生产线的设备质量，带来巨大的经济损失。在热镀锌生产线上，不同的零部件所受到的损伤不同，轴类零件主要损伤类型为腐蚀磨损，而辊类表面主要受到局部的冲蚀与空蚀。

空蚀也叫做空泡腐蚀，是指高速流动的腐蚀性液体局部压力下降时，液体发生汽化而形成气泡，气泡随液流进入高压区域时溃灭而产生高速的微射流和冲击波，反复击打在过流部件表面而产生的破坏。目前针对空蚀的解决方法有三种：一是通过优化部件外形减少空泡产生；二是研发新的抗空蚀的材料；三是在基体表面制备抗空蚀性能优异的防护层。研发新型抗空蚀材料，如高温合金及陶瓷材料，其成本较高且材料本身脆性较大，经济效益较低；涂层材料在高速高温锌液的冲刷作用下结合能力减弱，涂层易于剥落，目前均不能有效解决热镀锌生产线工程装备的空蚀问题。

热镀锌工艺中最常用的零件材料为钢铁材料，但由于Sandelin效应，一定含硅量的钢在热镀锌时铁锌会发生剧烈反应，生成表面灰暗且粘附力差的镀层，高温锌液产生的高能空泡强烈冲击镀层，表层剥落严重，一方面导致耗锌量增加，另一方面零件的损耗也增加了设备维护成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种定向凝固Fe-B-Si合金表面保护膜及其制备方法，用于解决钢铁材料在液态锌中空蚀严重的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种定向凝固Fe-B-Si合金表面保护膜制备方法，包括以下步骤：

将采用定向凝固工艺制备的Fe-B-Si合金放入液态锌中进行界面反应，反应结束后，冷却得到具有三层卯榫结构保护膜的Fe-B-Si合金。

具体的，Fe-B-Si合金按重量百分比计，包括C：0.13～0.22％，B：2.05～3.55％，Cr：0.75～0.82％，Si：2.42～2.58％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

具体的，定向凝固工艺的熔炼温度为1570～1640℃，浇铸温度为1420～1450℃。

具体的，定向凝固冷却速度为10.2～15.6℃/s，过冷度为95～100℃。

具体的，定向凝固的Fe-B-Si合金的硼化物生长取向为[002]方向，与腐蚀界面的角度为90°。

具体的，界面反应的温度为460～470℃，控制Fe-B-Si合金的旋转转速为300r/min，反应时间为2～10h。