耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法以及设备
阅读说明：本技术 耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法以及设备 (Composite material resisting molten zinc corrosion and preparation method and equipment thereof ) 是由 欧阳雪枚 谢小龙 尹付成 尹冰冰 王鑫铭 叶平 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种耐熔锌腐蚀的复合材料及其制备方法和一种耐熔融锌腐蚀设备,所述复合材料包括质量百分比分别为68～78％、10～20％和12％的FeB、W和AlFeNiCoCr。其中,所述AlFeNiCoCr按质量百分比计的组分构成为：铝粉1.96％～2.9％,铁粉24.06％～48.73％,镍粉17.11％～25.35％,钴粉17.11％～25.35％和铬粉15.09％～22.34％。其中,所述复合材料以FeB为硬质相,以AlFeNiCoCr高熵合金和W为粘结相。本发明实施例以FeB作为硬质相具有良好的耐蚀性,AlFeNiCoCr高熵合金改善了硼化物的脆性,W和Zn之间的润湿性差,在450℃不和Zn发生共晶反应,解决了传统金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题,从而提升了材料的耐熔融锌腐蚀性能。(The embodiment of the invention discloses a molten zinc corrosion resistant composite material, a preparation method thereof and molten zinc corrosion resistant equipment, wherein the composite material comprises 68-78% of FeB, 10-20% of W and 12% of AlFeNiCoCr in percentage by mass. The AlFeNiCoCr comprises the following components in percentage by mass: 1.96-2.9 percent of aluminum powder, 24.06-48.73 percent of iron powder, 17.11-25.35 percent of nickel powder, 17.11-25.35 percent of cobalt powder and 15.09-22.34 percent of chromium powder. The composite material takes FeB as a hard phase, and takes AlFeNiCoCr high-entropy alloy and W as binding phases. According to the embodiment of the invention, FeB is used as a hard phase and has good corrosion resistance, the AlFeNiCoCr high-entropy alloy improves the brittleness of boride, the wettability between W and Zn is poor, and eutectic reaction with Zn is avoided at 450 ℃, so that the problem of poor molten zinc corrosion resistance of a binding phase in the traditional metal ceramic material is solved, and the molten zinc corrosion resistance of the material is improved.)
技术领域
本发明属于金属陶瓷材料领域，尤其涉及一种耐熔融锌腐蚀的复合材料、一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法以及一种耐熔融锌腐蚀设备。
背景技术
热浸镀锌是一种防护钢铁等金属材料免受大气环境腐蚀最经济有效的方法之一。热浸镀锌产品因其具有优良的耐腐蚀性，成型性和装饰性被广泛应用于板、管、丝、带以及五金电器零件。然而，熔融锌对几乎全部单金属和绝大多数合金具有很强的腐蚀性。金属熔体腐蚀一直都是困扰镀锌行业的世界难题。尤其是沉浸在金属熔体中的设备或部件，受到金属熔体强烈的腐蚀与磨损，造成设备频繁更换、生产效率下降。这既带来了巨大的经济损失，又造成了资源的浪费。目前，耐熔融锌腐蚀的材料主要有钴基超合金材料、陶瓷材料以及金属陶瓷材料等。其中，钴基超合金材料价格昂贵，陶瓷材料脆性大，容易因为裂纹的形成和扩展而失效。金属陶瓷结合了金属良好的韧性和陶瓷优异的耐腐蚀性能，相比其他材料具有更好的耐熔融锌腐蚀性能。然而，金属粘结相往往成为金属陶瓷在熔融锌中失效的主要原因。
因此，提供一种耐熔融锌腐蚀性能好的金属陶瓷材料以提高热浸镀锌设备的使用寿命是亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例的主要目的是针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种耐熔融锌腐蚀的复合材料、一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法以及一种耐熔融锌腐蚀设备。本发明实施例以FeB作为硬质相，具有良好的耐蚀性；W和AlFeNiCoCr作为粘结相，以解决传统金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题，提升了材料的耐熔融锌腐蚀性能。
第一方面，本发明实施例公开一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法，包括：
将质量百分比分别为1.96％～2.9％、24.06％～48.73％、17.11％～25.35％、17.11％～25.35％和15.09％～22.34％的铝粉、铁粉、镍粉、钴粉和铬粉混合，并加入占所述铝粉、所述铁粉、所述镍粉、所述钴粉和所述铬粉总质量的1wt.％的聚乙二醇，进行机械合金化得到机械合金化粉末；
将所述机械合金化粉末进行真空干燥得到第一干燥粉末，其中干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～24h，真空度为-0.1MPa；
将所述第一干燥粉末进行真空烧结、研磨、筛分，得到AlFeNiCoCr高熵合金；
将质量百分比为12％的AlFeNiCoCr高熵合金粉末、68～78％的FeB粉和10～20％的W粉混合，并加入占所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、所述FeB粉和所述W粉总质量的1wt.％的聚乙二醇，进行混合球磨得到混合粉末；
将所述混合粉末进行真空干燥得到第二干燥粉末，其中干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～24h，真空度为-0.1MPa；
将所述第二干燥粉末进行所述真空烧结、所述研磨、所述筛分，得到粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料；以及
将所述粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料进行放电等离子烧结，得到块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料，其中烧结压力为50～90MPa，烧结温度为1200～1500℃，保温时间4～10min，最后随炉冷却至室温。
第二方面，本发明实施例公开一种耐熔融锌腐蚀的复合材料，按质量百分比计，包括：FeB 68～78％，W 10～20％，AlFeNiCoCr 12％。其中，所述AlFeNiCoCr由如下按质量百分比计的组分构成：铝粉1.96％～2.9％，铁粉24.06％～48.73％，镍粉17.11％～25.35％，钴粉17.11％～25.35％和铬粉15.09％～22.34％。其中，所述复合材料以FeB为硬质相，以AlFeNiCoCr高熵合金和W为粘结相。
在本发明的一个实施例中，所述复合材料的显微硬度为1450.7HV0.2～1664.8HV0.2。
第三方面，本发明公开一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法，包括：
将质量百分比分别为1.96％～2.9％、24.06％～48.73％、17.11％～25.35％、17.11％～25.35％和15.09％～22.34％的铝粉、铁粉、镍粉、钴粉和铬粉混合，并加入聚乙二醇，进行机械合金化得到机械合金化粉末；
将所述机械合金化粉末进行真空干燥得到第一干燥粉末；
将所述第一干燥粉末进行真空烧结、研磨、筛分，得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末；
将质量百分比为12％的AlFeNiCoCr高熵合金粉末、68～78％FeB粉和10～20％W粉混合，并加入聚乙二醇，进行混合球磨得到混合粉末；
将所述混合粉末进行真空干燥得到第二干燥粉末；以及
将所述第二干燥粉末进行所述真空烧结、所述研磨、所述筛分，得到粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
在本发明的一个实施例中，所述机械合金化的球磨时间为50～60h、转速为300～350r/min、球料比为8:1～12:1。
在本发明的一个实施例中，所述混合球磨的球磨时间为1～3h、转速为150～250r/min、球料比为2：1～5：1。
在本发明的一个实施例中，所述真空干燥的干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～24h，真空度为-0.1MPa。所述真空烧结设置真空度为1×10-8MPa，其中所述真空烧结的升温程序为：以1～3℃/min的速率从室温升温至100℃，以3～5℃/min的速率从100℃升温至360～430℃、并在360～430℃保温70～100min，再以8～10℃/min的速率从360～430℃升温至950～1050℃、并在950～1050℃保温120～180min，最后随炉冷却至室温。
在本发明的一个实施例中，在将所述第二干燥粉末进行所述真空烧结、所述研磨、所述筛分，得到粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料之后，还包括：将所述粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料进行放电等离子烧结，得到块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
在本发明的一个实施例中，所述放电等离子烧结的压力为50～90MPa；所述放电等离子烧结的升温程序为：以160～210℃/min的升温速率从室温升温到850～1100℃；然后以25～55℃/min的升温速率从850～1100℃升温到1200～1500℃，保温4～10min；最后随炉冷却至室温。
第四方面，本发明其他实施例还公开了一种耐熔融锌腐蚀设备，包括由前述制备方法制备的所述粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料经过喷涂制备而成的涂层；或者由前述制备方法制备的所述块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料制备而成。
本发明实施例公开的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法以及一种耐熔融锌腐蚀设备具有如下优点或有益效果：
本发明实施例以FeB作为硬质相，具有良好的耐蚀性；W和AlFeNiCoCr作为粘结相，高熵合金中的元素固溶到FeB和真空烧结过程形成的Fe2B，而粘结相中的部分W和Fe2B反应生成W2B，W和W2B具有优良的耐熔融锌腐蚀性能，AlFeNiCoCr高熵合金改善了硼化物的脆性，W和Zn之间的润湿性差，在450℃不和Zn发生共晶反应，解决了传统金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题，从而提升了材料的耐熔融锌腐蚀性能。另外，本发明实施例提供的复合材料制备方法操作简便，所用设备平常可见，原材料获取方便，有利于生产应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例提供的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法的流程示意图；
图2为三种AlFeNiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的形貌示意图；
图3为粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料在球磨混合之后的形貌示意图；
图4为粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在球磨混合之后的XRD图谱；
图5为粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料在真空烧结之后的形貌示意图；
图6为粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在真空烧结之后的XRD图谱；
图7为块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料的表面形貌示意图；
图8为块状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀10天后的界面形貌图；
图9为本发明的一个实施例提供的一种镀锌系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，其为本发明的一个实施例提供的一种金属陶瓷复合材料制备方法的流程示意图。具体地，本发明实施例提供的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法例如包括：
S11将铝粉、铁粉、镍粉、钴粉和铬粉混合，并加入聚乙二醇，进行机械合金化得到机械合金化粉末。
S12将所述机械合金化粉末进行真空干燥得到第一干燥粉末。
S13将所述第一干燥粉末放入真空烧结炉中进行真空烧结、研磨以及筛分，得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末。
S14将所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、FeB粉和W粉混合，并加入聚乙二醇，进行混合球磨得到混合粉末。
S15将所述混合粉末进行真空干燥得到第二干燥粉末。
S16将所述第二干燥粉末进行所述真空烧结、所述研磨、所述筛分，得到粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
其中，提到的步骤S11具体包括：将质量百分比分别为1.96％～2.9％、24.06％～48.73％、17.11％～25.35％、17.11％～25.35％和15.09％～22.34％的铝粉、铁粉、镍粉、钴粉和铬粉混合，加入至球磨机的球磨罐中，并加入占所述铝粉、所述铁粉、所述镍粉、所述钴粉和所述铬粉总质量的1wt.％的聚乙二醇，以8：1～12：1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球，并倒入45～60ml无水乙醇，以300～350r/min的转速球磨50～60h，进行机械合金化得到机械合金化粉末。
提到的步骤S12具体包括：将机械合金化粉末置于干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～24小时，真空度为-0.1MPa的真空环境中进行干燥，得到第一干燥粉末。
提到的步骤S13具体包括：将所述第一干燥粉末加入至真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa，以1～3℃/min的速率从室温升温至100℃，以3～5℃/min的速率从100℃升温至360～430℃、并在360～430℃保温70～100min，再以8～10℃/min的速率从360～430℃升温至950～1050℃、并在950～1050℃保温120～180min，最后随炉冷却至室温。然后取出烧结后的胚体、并采用研钵研磨所述胚体，再采用60～400目不锈钢筛子筛分，得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末。
提到的步骤S14具体包括：将质量百分比为12％的AlFeNiCoCr高熵合金粉末、68～78％的FeB粉和10～20％的W粉混合，加入至球磨机的球磨罐中，并加入占所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、所述FeB粉和所述W粉总质量的1wt.％的聚乙二醇，以2：1～5：1的球料比(质量比)装入不锈钢磨球，并倒入50ml无水乙醇，以150～250r/min的转速球磨1～3h，得到均匀的混合粉末。
提到的步骤S15具体包括：将所述混合粉末置于干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～24小时，真空度为-0.1MPa的真空环境中进行干燥，得到第二干燥粉末。
提到的步骤S16具体包括：将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa，以1～3℃/min的速率从室温升温至100℃，以3～5℃/min的速率从100℃升温至360～430℃、并在360～430℃保温70～100min，再以8～10℃/min的速率从360～430℃升温至950～1050℃、并在950～1050℃保温120～180min，最后随炉冷却至室温。然后取出烧结后的胚体、并采用研钵研磨所述胚体，再采用60～400目不锈钢筛子筛分，得到粉末状的FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
进一步地，耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法还包括：
S17将所述粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料进行放电等离子烧结，得到块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
其中，提到的步骤S17具体包括：将所述粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料置于烧结压力为50～90MPa，烧结温度为1200～1500℃，保温时间4～10min的烧结炉中进行放电等离子烧结，最后随炉冷却至室温，得到块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料。
值得一提的是，在铝粉、铁粉、镍粉、钴粉和铬粉以及AlFeNiCoCr高熵合金粉末、FeB粉和W粉中加入聚乙二醇有利于提升粉末在真空烧结的成型性。
由以上步骤得到的复合材料以FeB作为硬质相，具有良好的耐蚀性；W和AlFeNiCoCr作为粘结相，AlFeNiCoCr高熵合金来改善硼化物的脆性，W和Zn之间的润湿性差，在450℃不和Zn发生共晶反应，解决了传统金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题，从而提升了材料的耐熔融锌腐蚀性能。
为便于更好地理解本发明实施例，下面通过6个试验详细说明本发明实施例的复合材料制备方法。
【试验一】
(X1)按照质量百分比2.9％、24.06％、25.35％、25.35％以及22.34％，利用例如电子天平分别称量纯度均为99.9％、平均粒径为2μm的铝粉1.450g、铁粉12.030g、镍粉12.675g、钴粉12.675g以及铬粉11.170g共50.000g加入到球磨机的球磨罐中，另外加入0.500g聚乙二醇，以10：1的球料比(质量比)加入不锈钢球，并倒入45ml无水乙醇，以300r/min的转速球磨50h，得到机械合金化粉末。
(X2)将步骤(X1)得到的机械合金化粉末进行真空干燥，在100℃、-0.1MPa的真空环境干燥24小时，得到第一干燥粉末。
(X3)将步骤(X2)得到的第一干燥粉末放入真空烧结炉中进行真空烧结、研磨以及筛分，得到Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末。其中，真空烧结具体包括：将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa，以2℃/min的速率从室温升温至100℃，以5℃/min的速率从100℃升温至420℃、并在420℃保温90min，再以8℃/min的速率从420℃升温至960℃、并在960℃保温160min，最后随炉冷却至室温。然后取出烧结后的胚体、并采用不锈钢研钵研磨所述胚体，当然本实施例并不限制研钵的具体种类，例如还可以采用刚玉研钵进行研磨，再采用60目不锈钢筛子筛分，得到Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末。
【试验二】
试验二的制备方法与试验一的大多相同，不同的是：
1)步骤(X1)：按照质量百分比2.34％、38.79％、20.43％、20.43％以及18.01％，利用例如电子天平分别称量纯度均为99.9％、平均粒径为2μm的铝粉1.404g、铁粉23.274g、镍粉12.258g、钴粉12.258g以及铬粉10.806g共60.000g加入到球磨机的球磨罐中，另外加入0.600g聚乙二醇，以10：1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球，并倒入55ml无水乙醇，以300r/min的转速球磨55h，得到机械合金化粉末。
2)步骤(X3)：得到Al0.25Fe2NiCoCr高熵合金粉末。
【试验三】
试验三的制备方法与试验一的大多相同，不同的是：
1)步骤(X1)：按照质量百分比1.96％、48.73％、17.11％、17.11％以及15.09％，利用例如电子天平分别称量纯度均为99.9％、平均粒径为2μm的铝粉1.176g、铁粉29.238g、镍粉10.266g、钴粉10.266g以及铬粉9.054g共60.000g加入到球磨机的球磨罐中，另外加入0.600g聚乙二醇，以11：1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球，并倒入60ml无水乙醇，以320r/min的转速球磨60h，得到机械合金化粉末。
2)步骤(X3)：得到Al0.25Fe3NiCoCr高熵合金粉末。
本发明实施例对由试验一、试验二和试验三得到的AlFeNiCoCr高熵合金粉末进行了形貌分析：
参见图2，图2为AlFeNiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的形貌，其中a，b，c分别为Al0.25FeNiCoCr、Al0.25Fe2NiCoCr、Al0.25Fe3NiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的形貌。如图2所示，随着Fe元素含量增加，烧结以后的粉末粒径逐渐变粗。
【试验四】
(Y1)称取7.200g所述Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末、6.000g所述W粉和46.800g所述FeB粉末共60g放入球磨罐中，另外加入0.600g聚乙二醇，以3：1的球料比(质量比)装入磨球，并倒入50ml无水乙醇，以200r/min的转速球磨2小时，得到均匀的混合粉末。
(Y2)将步骤(Y1)得到的混合粉末进行真空干燥，在90℃、-0.1MPa的真空环境干燥24小时，得到第二干燥粉末。
(Y3)将步骤(Y2)得到的第二干燥粉末放入真空烧结炉进行真空烧结、研磨以及筛分，得到粉末状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。其中，真空烧结包括：将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa，以2℃/min的速率从室温升温至100℃，以4℃/min的速率从100℃升温至400℃、并在400℃保温90min，再以8℃/min的速率从400℃升温至1000℃、并在1000℃保温160min，最后随炉冷却至室温。此处，本步骤中的研磨工艺与试验一中的研磨工艺相同，筛分采用400目不锈钢筛子。
(Y4)将步骤(Y3)得到的粉末状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。进行放电等离子烧结，其中，放电等离子烧结的压力为70MPa；放电等离子烧结的升温程序为：以160℃/min的升温速率从室温升温到950℃；然后以40℃/min的升温速率从950℃升温到1300℃，保温7min；最后随炉冷却至室温，得到耐熔融锌腐蚀的块状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。
【试验五】
试验五的制备方法与试验四的大多相同，不同的是：
1)步骤(Y1)：称取7.200g所述Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末、9.000g所述W粉和43.800g所述FeB粉末共60g放入球磨罐中进行球磨混粉，最后得到粉末状FeB-15wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。
2)步骤(Y4)：得到块状FeB-15wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。
【试验六】
试验六的制备方法与试验四和试验五的大多相同，不同的是：
1)步骤(Y1)：称取7.200g所述Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末、12.000g所述W粉和40.800g所述FeB粉末共60g放入球磨罐中进行球磨混粉，最后得到粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。
2)步骤(Y4)：得到块状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料。
本发明对由上述实施例得到粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料和非粉末FeB-W-Al0.25FeNiCoCr复合材料进行形貌、物相和性能的检测与分析：
参见图3，图3为粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料在混合球磨之后的形貌，其中a，b，c分别为粉末状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr、粉末状FeB-15wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr和粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在混合球磨之后的形貌。如图3所示，球磨以后的粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料都很均匀、呈多边棱角形状，有利于提高材料的致密性，熔锌难以通过孔隙渗透到复合材料内部，从而提高材料的耐熔锌腐蚀性能。
参见图4，图4为粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在混合球磨之后的XRD图谱。如图4所示，混合球磨以后的粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料的物相由FeB、W和FCC固溶体(高熵合金)组成，在球磨过程中没有发生相变。
参见图5，图5为粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料在真空烧结之后的形貌，其中a，b，c分别为粉末状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr、粉末状FeB-15wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr和粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在真空烧结之后的形貌。如图5所示，真空烧结以后的粉末都很均匀且粒径尺寸接近。
参见图6，图6为粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在真空烧结之后的XRD图谱；如图6所示，真空烧结以后的粉末状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料的物相由FeB、Fe2B、W和W2B组成，在真空烧结过程中部分FeB转变为Fe2B，粘结相中的高熵合金元素固溶到FeB和Fe2B，而粘结相中的部分W和Fe2B反应生成W2B。本发明采用AlFeNiCoCr高熵合金和W作为粘结相，且高熵合金元素固溶到FeB和Fe2B来改善它们的脆性，而W和W2B具有优良的耐熔锌腐蚀性能，且W和Zn之间的润湿性差，在450℃不和Zn发生共晶反应，有效解决了目前的金属陶瓷或复合材料常常由于粘结相而在熔融锌中失效的问题。
参见图7，图7为块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料的表面形貌，a，b,c分别为块状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr、块状FeB-15wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr和块状FeB-20wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料的表面形貌，其中黑色的代表孔洞。
参见图8，图8为块状FeB-10wt.％W-12wt.％Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀10天以后的界面形貌图，如图8所示，从左至右，分别为胶木粉层、锌层、复合材料层。由此可知，在450℃熔融锌中腐蚀10天以后，熔融锌还没有腐蚀该复合材料，表明该复合材料具有优异的耐熔融锌腐蚀性能。
值得一提的是，本发明还通过使用MH-5L显微维氏硬度计对块状FeB-W-Al0.25FeNiCoCr复合材料试样进行显微硬度测试。其中，载荷为200g，，加载时间为15秒，每个试样选取6个不同的位置，得到试样的显微硬度为1450.7HV0.2～1664.8HV0.2。
另外，本发明另一实施例提供了一种耐熔融锌腐蚀设备，例如包括由前述实施例提到的粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料经过喷涂制备而成的金属陶瓷涂层；或者由前述实施例提到的由块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料制备而成。
其中，提到的耐熔融锌腐蚀设备例如为热浸镀锌炉，当然也可以是与熔融锌直接接触的其他设备。提到的喷涂例如采用活性燃烧高速燃气喷涂工艺，活性燃烧高速燃气喷涂是一种超音速火焰喷涂技术，其特点是通过压缩空气和燃料燃烧产生高速气流加热粉末，但并未使之完全熔化，同时将粉末加速至700m/s以上，撞击基体，形成极低氧化物含量和极高致密度的涂层。即本实施例公开的耐熔融锌腐蚀设备可以通过覆盖由粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料喷涂得到的金属陶瓷涂层来实现耐熔融锌腐蚀，或者由块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料制备而成来实现耐熔融锌腐蚀。
举例而言，如图9所示，一种耐熔融锌腐蚀的镀锌系统100，包括：锌液池110、夹持构件120和金属陶瓷涂层130。提到的锌液池110用于容纳锌液，提到的夹持构件120用于夹持镀件进入锌液池110进行浸镀，提到的金属陶瓷涂层130由粉末状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料经过喷涂制备而成，例如通过活性燃烧高速燃气喷涂工艺涂覆于锌液池110和夹持构件120表面。锌液池110和夹持构件120通过涂覆金属陶瓷涂层130实现耐熔融锌腐蚀，从而提高使用寿命。
当然前述提到的镀锌系统100中的锌液池110、夹持构件120例如还可以以本发明前述实施例提到的块状FeB-W-AlFeNiCoCr复合材料直接作为基材进行设计，当然本实施例并不限制于此，镀锌系统中直接与熔融锌接触的其他部件也可采用前述设计实现耐熔融锌腐蚀，此时锌液池110和夹持构件120不再需要喷涂涂层便可具备优异的耐熔融锌腐蚀性能。
综上所述，本发明实施例提供了一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法以及一种耐熔融锌腐蚀设备，本发明实施例以FeB作为硬质相，具有良好的耐蚀性；W和AlFeNiCoCr作为粘结相，高熵合金中的元素固溶到FeB和真空烧结过程形成的Fe2B，而粘结相中的部分W和Fe2B反应生成W2B，W和W2B具有优良的耐熔融锌腐蚀性能，AlFeNiCoCr高熵合金改善了硼化物的脆性，W和Zn之间的润湿性差，在450℃不和Zn发生共晶反应，解决了传统金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题，从而提升了材料的耐熔融锌腐蚀性能。另外，本发明实施例提供的复合材料制备方法操作简便，所用设备平常可见，原材料获取方便，有利于生产应用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种TiC/Ni复合材料的原位反应合成方法