硬質(zhì)合金球以碳化物(如WC、TiC)為硬質(zhì)相、金屬粘結(jié)劑(如Co、Ni)為粘結(jié)相,其抗腐蝕機理源于硬質(zhì)相的化學惰性、粘結(jié)相的耐蝕性優(yōu)化及協(xié)同作用抑制。
一、硬質(zhì)相的化學惰性:腐蝕屏障作用
WC顆粒具有極高的化學穩(wěn)定性,在多數(shù)腐蝕環(huán)境中(如酸性、中性、弱堿性介質(zhì))幾乎不參與反應,形成致密的物理屏障,有效阻隔腐蝕介質(zhì)向材料內(nèi)部的滲透。
二、粘結(jié)相的耐蝕性優(yōu)化:從缺陷到保護層
傳統(tǒng)鈷基粘結(jié)劑(Co)是硬質(zhì)合金耐蝕性的短板,因其易與酸、堿及冷卻液中的添加劑反應,導致表面鈷浸出和微觀結(jié)構(gòu)破壞。現(xiàn)代工藝通過以下方式優(yōu)化粘結(jié)相:
1. 替代鈷基粘結(jié)劑:
鎳基(Ni):在酸性環(huán)境中耐蝕性顯著優(yōu)于鈷。
鎳鋁基(Ni?Al):通過形成致密氧化鋁(Al?O?)保護層,在高溫氧化性環(huán)境中表現(xiàn)出色。
2. 鈷含量控制:
降低鈷含量(如從10%減至6%)可減少腐蝕敏感相的比例,同時通過細晶粒技術提升材料致密度,進一步阻礙腐蝕介質(zhì)滲透。
三、協(xié)同作用抑制:硬質(zhì)相與粘結(jié)相的互補
硬質(zhì)相與粘結(jié)相的協(xié)同作用可顯著提升整體耐蝕性:
1. 電化學協(xié)同:
在WC-Co合金中,鈷的腐蝕電位比WC低,優(yōu)先發(fā)生腐蝕。但當鈷相完全溶解后,WC相失去陰極保護,可能加速腐蝕。
通過優(yōu)化粘結(jié)相成分(如添加Cr、Al形成固溶體),可提高鈷相的耐蝕性,延緩其溶解速率,從而延長WC相的保護時間。
2. 微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化:
均勻分布的細小碳化物顆??蓽p少粘結(jié)相的連續(xù)性,降低腐蝕電流密度。
四、表面改性技術:主動防御層
通過表面處理可進一步增強抗腐蝕能力:
1. 物理氣相沉積(PVD):
沉積TiN、CrN等硬質(zhì)涂層,可顯著降低腐蝕速率。
2. 化學氣相沉積(CVD):
形成Al?O?或SiC涂層,適用于高溫氧化性環(huán)境。
3. 滲氮處理:
在材料表面生成氮化物層(如Co?N、WN),提高耐蝕性。