304不锈钢涂层的组织与耐磨耐腐蚀性能
在镁合金基体上冷喷涂(CGDS)纯金属铝、铁、锌涂层或2681高温铝合金涂层可以有效地改善基体的耐磨耐蚀性能，冷喷涂的纳米WC-Co涂层可以代替传统的耐磨抗腐蚀硬铬镀层。相对于热喷涂而言，冷喷涂由于喷涂温度低，避免了涂层的氧化、晶粒的生长和相变的发生;同时无热影响区，对涂层和基体的热影响。因此，冷喷涂在制备耐磨耐蚀涂层方面有着广阔的应用前景。
不锈钢是一种常用的耐蚀材料，在碳钢表面制备的不锈钢涂层具有高硬度、高耐磨性、优良的耐蚀性等优点，在实际生产应用中具有重要的意义。目前，在碳钢表面制备不锈钢涂层的报道较少，且采用的制备工艺主要是热喷涂，其中激光熔覆和高速电弧喷涂尽管能够实现涂层和基体的冶金结合，消除一些有害相，同时成本低、喷涂效率高、操作方便、适应性高.但由于制备温度高.存在热影响区和氧化明显、易导致晶粒生长和发生相变，大大限制了其广泛应用。相比之下，冷喷涂则可以消除上述诸多缺点，在制备不锈钢耐蚀涂层方面具有明显的优势。为此，本工作采用冷喷涂技术在IF钢表面制备了304不锈钢涂层，并研究了其组织特征及耐磨、耐蚀性能。
1试验
1.1涂层的制备
基材为IF钢板，厚度为4 mm。涂层材料为304不锈钢粉末，平均粒径25 um，其拉度分布见图1。
采用德国CGT3000冷气动力喷涂系统制备冷喷涂层，喷涂温度550℃，喷涂压力3.0 MPa,喷涂距离为25mm，送粉率为1.0 L/min。
1.2涂层的组织与性能表征
将304不锈钢涂层用SiC砂纸打磨至1 500号后抛光、腐蚀，用MEF-3金相显微镜和JSM -5600LV型扫描电镜(SEM)观察其组织形貌。
采用CS300电化学工作站对涂层及基体的耐蚀性进行检测。腐蚀溶液为3.5%(质量分数)NaCI溶液，用去离子水与分析纯NaCI配制。电化学腐蚀试验采用三电极体系，饱和甘汞电极为参比电极，通过动电位扫描进行极化曲线测量。扫描速率为1.0 mV/s，环境温度分别为25℃和45℃。利用JSM -56001.V型扫描电镜观察涂层电化学腐蚀后组织形貌，用XRD-6000 X射线衍射仪进行涂层的物相分析。
采用UTM -2摩擦磨损试验机分别对涂层及基体的耐房性能进行试验。耐靡性试验载荷10 N，单向行程5 mm,摩擦时间30 min，环境温度20℃。对磨偶件为5 mm的GCr15钢球，采用干摩擦磨损试验，无润滑状态。利用扫描电镜观察冷喷涂涂层摩擦磨损后的组织形貌。
2结果与讨论
2.1涂层组织形貌与相结构
图2为304不锈钢涂层的截面SEM形貌。由图2可知，涂层致密，孔隙率低，厚度比较均匀，平均厚度为145 um。
图3分别为304不锈钢粉末、冷喷涂304不锈钢涂层及其电化学腐蚀(腐蚀温度为25℃)后的XRD谱。比较图3a和图3b可知，冷喷涂过程中无氧化、相变发生，但发生了晶格畸变和晶粒细化。比较图3b和图3c可知，304不锈钢涂层电化学腐蚀后的产物为奥氏体和铁素体，无新的腐蚀产物出现。
2.2涂层的电化学腐蚀性能
图4为基体和304不锈钢涂层在25℃和45℃时的电化学极化曲线。对其进行拟合得到相应的自腐蚀电位、腐蚀电流密度和腐蚀速率见表1。结果显示:冷喷涂304不锈钢涂层的自腐蚀电位高于基体，腐蚀电流密度和腐蚀速率均小于基体，说明其耐蚀性优于基体，有效地改善了IF钢的耐蚀性。由图4b可知，基体的腐蚀电流密度开始时低于304不锈钢涂层的，但随着腐蚀时间的增加，其值远远高于304不锈钢涂层的，这是304不锈钢涂层发生了钝化而基体发生了活性溶解所致。
304不锈钢涂层在电化学腐蚀过程中，发生了明显的钝化，45℃时的腐蚀电流密度始终高于25℃时(见图4b)，而且其腐蚀速率也明显高于25℃时(见表1),说明304不锈钢涂层的耐蚀性随着温度的升高而降低。采用HOVE技术制备的不锈钢涂层的自腐蚀电位为-0.4 V左右，低于本试验中测得的-0.315 V和-0.228 V，说明冷喷涂技术制备的不锈钢涂层的耐蚀性优于HOVF制备的同类涂层。
2.3基体及涂层的腐蚀形貌
图5为25℃时，基体和304不锈钢涂层的腐蚀形貌。由图5可见，基体腐蚀均匀且严重，而涂层表面光滑，只有少量小的腐蚀坑存在。304不锈钢在含Cl-溶液中容易发生点蚀，涂层在电化学腐蚀过程中发生了明显的钝化现象(见图4)。因此，在钝化膜的破裂处，溶液中活度大、半径小的Cl-容易侵人.使得304不锈钢涂层发生点蚀;或是由于粒子形成涂层时发生了很大的塑性变形，使得在涂层内出现密度很高的位错，Cl-容易侵人发生点蚀。冷喷涂涂层是粒子之间经过碰撞发生塑性变形而机械结合形成的，发生点蚀后粒子之间的结合力减小发生脱落，于是形成了图5的小腐蚀坑。
2.4基体和涂层的耐摩擦学性能
测试结果显示，基体和304不锈钢涂层的磨擦系数分别为0.5489和0.1625，由此可知:在相同的条件下，304不锈钢涂层材料的耐磨性远好于基体。
基体和涂层摩擦磨损后的形貌见图6。由图6可见:基体的磨痕整齐，比较均匀，宽度为420-450 um;涂层材料由于表面的不平整性，所以表面没有形成整齐的磨痕，而是磨掉了其突出的部分，宽度为200-260um，磨损量明显小于基体的。基体和304不锈钢涂层的磨损失效形式都是磨粒磨损机制，基体材料中有较大的犁沟出现而涂层中没有出现，这也证实了304不锈钢涂层的耐磨性好于基体。除此之外，摩擦磨损后的304不锈钢涂层中没有发现微裂纹或开裂，说明冷喷涂304不锈钢涂层在摩擦环境条件下不易发生失效开裂。
冷喷涂304不锈钢涂层的摩擦系数为0.1625，低于304不锈钢在干磨损条件下的摩擦系数0.47，说明其耐磨性远好于304不锈钢。
冷喷涂粒子在喷涂过程中发生塑性变形而沉积。后续粒子对涂层的夯实、冷锻作用和内部的压应力导致冷喷涂涂层的硬度高，故涂层的致密度和质量均较好。从以磨粒磨损为主要磨损失效形式的硬度和耐磨性之间的关系：W=tanθ x L/πH可知，高硬度是冷喷涂304不锈钢涂层耐磨性好的主要原因，也是冷喷涂工艺相对于其他喷涂工艺的一大优点。
3结论
(1)与原始304不锈钢粉末相比，冷喷涂304不锈钢涂层无氧化、无相变产生，涂层致密、厚度均匀;在冷喷涂过程中，涂层晶格发生畸变，晶粒得到细化。
(2)冷喷涂304不锈钢涂层有效地改善了IF钢基体的耐蚀性;涂层电化学腐蚀后的产物为奥氏体和铁素体.无新的腐蚀产物出现。
(3)随着腐蚀温度的升高.304不锈钢涂层的腐蚀电流密度和腐蚀速率升高，涂层的耐蚀性降低。
(4)在相同的条件下，冷喷涂304不锈钢涂层的耐磨性远好于304不锈钢和基体IF钢;基体IF钢和冷喷涂304不锈钢涂层的磨损失效形式都是磨粒磨损机制，但基体IF钢中有较大的犁沟出现，304不锈钢涂层中则没有。
