[发明专利]一种Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金制备技术，特别涉及一种Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料以及制备方法。

背景技术

热浸镀锌是保护钢铁材料在大气环境中免受腐蚀最有效、最经济的方法之一。热浸镀锌产品因其具有优良的耐蚀性，装饰性和成型性被广泛使用于钢管，钢板，五金结构件等方面。但是几乎所有的单金属和大部分合金都能被液锌腐蚀。液态金属的腐蚀一直以来都是困扰核工业以及镀锌业的难题，已经成为一个世界范围内的难题。尤其是沉没在液态金属中的设备构件，受到熔融态金属的强烈腐蚀与磨损，频繁地更换设备，不仅造成了材料的浪费，也造成了大量的经济损失。目前，耐液锌腐蚀整体材料主要有铁基，钴基，Mo-W系，以及陶瓷材料等，钴基超合金价格昂贵，陶瓷以及Mo-W合金系具有很大的脆性。其中Fe-B合金以其低廉的价格，良好的耐液锌腐蚀性得到广泛的关注。虽然该合金中Fe₂B相具有较优良的耐锌液腐蚀性能，但是其基体抗腐蚀性能较差，导致该铸造合金的耐锌液腐蚀性能的显著下降。往往希望通过添加合金元素，控制合金元素Fe、B等加入量和铸造工艺来实现获得网状Fe₂B有效地保护基体来提高该铸造合金的耐锌液腐蚀性能，工程应用结果表明这种方法已取得了一定的效果，虽然结果还没达到理想状态，但是证明这种方法的可行性。国内外对钨元素在Fe-B合金中的影响进行过研究，但所加入的钨含量极少，最多才3.17wt％，故溶于Fe₂B中钨原子数量很有限，且未对其进行耐蚀性研究。在此基础上发明了一种Fe-B-W耐锌液腐蚀材料，其具有优异的耐腐蚀性能，成本低廉，组织以及性能稳定的优点。

发明内容：

针对现有Fe-B系列合金存在的上述不足以及我国的资源现状，本发明提供一种Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料及制备方法。

本发明的技术方案为：

一种Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料，由如下按质量百分比计的组分构成：W3-20％，B3.5-3.88％，Fe余量；优选为W8-20％，B3.5-3.88％，Fe余量；优选为W10-20t％，B3.5％，Fe余量；最优选的是W15t％，B3.5％，Fe余量。

上述的Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料的制备方法，其特征在于，采用磁控非自耗真空熔炼炉熔炼，包括如下步骤：

(1)按上述质量百分比配比的原材料标准称样后进行熔炼，为尽量减少B元素的烧损，将硼含量为17wt％(质量百分数)的硼铁放在坩埚底部，坩埚底部通有循环冷却水，然后将钨片和工业纯铁块覆盖其上；

(2)初次熔炼时，将电弧置于工业纯铁块上，让流动的铁液包覆着钨片以及硼铁，熔炼最大电流为120A，然后将钨极对准熔池中间，旋电弧进行机械搅拌，其间施加数次60～120A的电流，熔炼时间为1分钟；

(3)进行翻转，反复熔炼4次以上，得到Fe-B-W耐锌液腐蚀的整体材料。

在上述步骤中，施加数次电流时，不同的电流能够产生交变磁场，从而对熔融态的试样起到电磁搅拌的作用，有利于成分的均匀化。上述所得产品形状为纽扣状。

为了研究其耐腐蚀性能，对其进行腐蚀实验，腐蚀实验的试样制作按如下操作进行：利用电火花数控线切割机在所得产品中切割出形状规则的15×9×4mm试样，切割位置优选产品的中心位置；在试样的两边用线切割机切割出2×1mm的槽，用直径为1mm的纯度99.99wt％的钨丝绑住试样，用于腐蚀实验。

本发明耐腐蚀的化学成分是这样确定的：

硼：Fe-B二元系的共晶点在3.88wt％B,超过3.88会出现针状Fe₂B初生相，对组织以及耐液锌腐蚀不利，过低的B含量使得Fe₂B的体积分数小，难以保证耐蚀性，因此，B含量选定在3.5-3.88％。

钨：钨是仅有的与锌液不润湿，不反应的金属元素之一，具有优良的耐锌液腐蚀性能，但是其属于稀贵金属，价格昂贵。钨元素添加到Fe-B合金能提高其耐蚀性，高温稳定性。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的合金成分非常简单，仅含Fe、B和W，以工业纯铁和铁硼合金为基础材料，加入一定合金元素钨，形成整体网格状材料，所得材料具有良好的耐蚀性和热稳定性。