[摘要]对氮气保护的陶瓷喷涂管道进行了焊接前后的透射电镜测试。结果表明，焊前涂层为非晶态，部分氮渗入铁素体，导致材料脆性增加，降低了瓷层与母材的结合强度。焊接后，涂层在热影响区结晶，形成Al2O3和SiO2晶体，降低了陶瓷层的耐蚀性。搪瓷涂层晶体搪瓷管道焊接接头涂层与母材界面的研究()王洪林(山东石油大学)[摘要]本文用透射电镜对搪瓷管道焊接接头进行了研究。焊接前，搪瓷涂层为非晶态，一些氮原子渗入基体的铁素体中。这可能导致基体变脆，并可能降低涂层和基体之间的结合力。焊接后，涂层在热影响区结晶，形成Al2O3、2sio 2。这可能会降低涂层的耐腐蚀性。关键词搪瓷涂层水晶1前言在钢管表面均匀涂上一层搪瓷，会大大提高耐腐蚀性，延长使用寿命。但是长距离的油气管道需要焊接很多管道。焊接后，连接处的瓷质涂层会被损坏。而且由于喷瓷过程中需要氮气保护，氮气会与被覆电极、搪瓷、母材发生热化学反应，不仅使接头成为管道耐腐蚀的最薄弱环节，还会因氮气的介入导致机械性能下降。本文第一部分介绍了搪瓷与基体金属的结合以及热循环对涂层形貌的影响。本文对涂层和基体的相和形貌进行了分析，并提出了解决这一问题的措施。实验材料和样品制备母材为158mm6mm的Q235钢管，钢管端面开坡口，坡口角度为60。在氮气保护下，将管子高频加热至700 ~ 900，内外表面喷涂搪瓷粉。粉末在高温下熔化，在钢管表面形成搪瓷层。釉料主要由Al2O3、SiO2、MoO3、Na2O、B2O3和添加剂组成。对接用于对接两段喷有瓷漆的管道。使用DC焊机和反极性连接。焊条e 43033.2，电流强度110A，焊接速度约80mm/s，从焊接前的管道，以及焊接熔合线和热影响区附近，用钢锯将瓷层和基体一起锯掉，以取得TEM样品。因为牙釉质易碎，容易从基托上脱落，取样要非常小心。相比之下，热影响区附近脱瓷最严重，无焊接管道次之，热影响区脱瓷最少。用细砂纸轻轻打磨锯好的样品的珐琅表面，直到露出部分基板，然后用线切割沿着基板切割另一面。机械减薄后，进行离子减薄。离子轰击方向几乎平行于牙釉质表面。制备的样品在H-800透射电镜下观察。3试验结果及分析图1和图2为管道焊接前搪瓷层与母材的TEM照片，图3和图4为管道焊接后热影响区搪瓷层与母材结合处的TEM照片。管道焊接前，瓷层是非晶态的。衍射斑点呈规则的环形(图1)。这种状态的搪瓷具有很强的耐腐蚀性。但由于喷瓷过程是在高温下进行的，作为保护气体的氮气会渗透到铁素体中，导致基体材料局部晶格畸变，位错运动在此受阻，如图2a所示。图2b和c显示了氮渗透后晶格畸变的-Fe [100]晶带。一方面可能会降低材料的韧性；另一方面，由于搪瓷的脆性，喷涂容易产生搪瓷釉粉熔化不完全或气孔等涂层缺陷。釉质容易从这些缺陷处脱落，氮的渗入主要发生在瓷层与基材的界面处，在此处形成微观内应力。micr的存在
图1焊接前搪瓷层的TEM照片(散射环)图1焊接前搪瓷涂层的TEM照片(散射环)图2焊接前氮渗入基材的TEM照片(a) TEM照片30；(b)衍射斑点；(c)校准图图2焊接前铁素体中的氮渗透。二是热影响区及其附近。经过热循环后，瓷层可以重新熔化，原有的一些缺陷，如气孔、未熔化的瓷釉粉、内应力等已经消失。涂层与基体的结合比焊前好，因此脱瓷程度较轻。然而，非晶态是不稳定的。焊接热循环后，
热影响区及其附近的涂层会转变为晶态。图3a，4a所示的亚结构其主要成分分别为铝和硅，可标定出分别为Al2O3和SiO2晶体。图3b，c为Al2O3的［116］晶带，图4b，c为SiO2的［110］晶带。晶态的Al2O3、SiO2是从非晶态的涂层晶化后转化来的。尽管这些部位的瓷层从外观来看保持了原来的形态，并且与母材有着良好的结合，但实质上已经发生了本质的变化。由非晶态到晶态，耐腐蚀性能大为降低。图 3 焊接后HAZ形成的Al2O3晶体 （a） TEM照片×50；（b）衍射斑；（c）标定图Fig. 3 Crystal of Al2O3 formed in HAZ after welded
图 4 焊接后HAZ形成的晶体SiO2 （a） TEM照片×50；（b）衍射斑；（c）标定图Fig. 4 Crystal of SiO2 formed in HAZ after welded
第三是离热影响区稍远的区域，经过焊接热循环以后，虽然瓷层仍保持非晶态，衍射斑同焊接前一样，但由于没有发生重熔，原先的缺陷并未消失，相反，在热应力和渗氮所致的内应力作用下，裂纹大量增多，脱瓷严重，导致耐蚀性降低。4 结论 （1）焊接前涂层为非晶态，但在喷瓷过程中有部分氮渗入铁素体中，使材料脆性增加并降低瓷层与母材的结合强度。 (2）焊接后热影响区内涂层晶化，形成Al2O3、SiO2晶体，将导致耐蚀性降低。5 建议 （1） 由于氮在高温下会渗入母材，因此建议采用惰性气体保护喷瓷过程。 （2）由于焊接后热影响区内涂层晶化，氮与母材也会发生反应，因此建议在接头附近采用管线接头焊接内补口技术，其覆盖面要包括离热影响区稍远、脱瓷严重的区域。
