热浸镀铝技术是目前防止钢铁材料在自然环境中腐蚀的最经济有效的防护技术之一^[1]。在制备热浸镀铝钢板的工业生产中，沉没辊筒等设备由于长期与熔融金属铝液浸泡,会受到侵蚀,需要经常更换，容易导致生产效率低及成本的加大。所以对于相关设备所用材料的耐铝液腐蚀能力有了更高的要求。

液态金属的腐蚀在冶金，化学，制造业和其他领域广泛发生^[2]。每年，近2％的钢材被液态金属侵蚀，导致全球损失数十亿美元^[3]。它发生在许多场合，包括电解铝生产，热浸镀铝和热锻。其中，由于Al或Al合金的广泛应用以及Al对Fe的高化学亲和力，熔融铝的腐蚀引起了越来越多的关注^[4]。

沉没辊筒铸件的质量及使用寿命，直接影响钢板热浸镀铝生产线的质量、成本与效率，对热浸镀铝钢板的质量和生产率起着关键作用。目前沉没辊筒材料大多采用进口，不仅费用高昂，而且耐铝液腐蚀性能较差。合成灰铸铁主要由废钢增碳熔炼得到，成本较低且耐铝液腐蚀性能相对较好，所以基于成本与性能的综合考虑，本次课题沉没辊筒铸件采用合成灰铸铁材质。因此合成灰铸铁在熔融铝液中的浸蚀机理，以及如何提高铸铁耐铝液浸蚀的问题是研究的主要内容^[5]。许多研究人员都是通过改变材料成分和组织来提高整体材料的腐蚀性能^[6]。比如说在普通铸铁中添加硅、铬及铜,细化了组织,可以提高铸铁耐铝液腐蚀性能^[7]。

灰铸铁含碳量较高（为2.7%-4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石墨。灰铸铁通常是指断面呈灰色，其中的的碳主要以石墨形式存在的铸铁。灰铸铁金相结构中的石墨形态和大小影响了其耐铝液腐蚀性能^[8]。灰铸铁具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。灰铸铁由于具有多种优越的性能，是目前用量最大的铸造合金^[9]。合成灰铸铁与传统的生产工艺制备的灰铸铁相比，共晶度略高，相对强度和成熟度较高，耐腐蚀性更强，整体性能有了很大的提高^[10]。

众所周知，熔融金属引起的腐蚀实际上是一种机械 - 物理化学过程，涉及溶解，扩散，固体和液体的反应，磨损以及它们之间的相互作用^[11]。实验结果表明，铸铁在铝液中的腐蚀是由于铝原子在铸铁基体中扩散并形成铁铝金属间化合物，进而剥落溶解，造成铸铁的腐蚀^[12]。当金属材料与铝液接触时,首先发生的是浸润现象,然后在界面处发生互扩散,导致金属基与铝液中分别形成扩散层。随铝中金属含量的上升及金属基表面铝液的不断渗入,在铝液扩散层与金属基扩散层分别生成金属间化合物，由于金属化合物与金属之间的组织结构不同，存在组织转变应力，在组织转变应力作用下，金属表面的金属间化合物会部分脱落和溶解，从而漏出新的金属，并与铝液再接触重新形成金属间化合物，如此的腐蚀下去^[13]。但是石墨仅在高温下(1000℃以上)与铝液发生轻微的反应，因此，铸铁中石墨的存在能够一定程度上减缓铸铁在铝液中的腐蚀速率,其作用效果与石墨数量、形状有关^[14]。铸铁中的片状石墨对铝原子的扩散有很好的阻碍作用,并在铸铁表面上形成由石墨碳、Al₄C₃和铁铝化合物组成的保护层,进一步提高铸铁在铝液中的耐浸蚀性能。研究表明，获得均匀分布的细小A型石墨,消除碳化物有利于提高耐浸蚀性能^[15]。形成保护层可提高耐腐蚀能力保护层能有效地阻挡腐蚀气氛与金属离子扩散^[16]。

本课题拟研究新型合成灰铸铁材质的耐Al-10%Si合金熔体腐蚀的能力。分析耐腐蚀的因素,为沉没辊筒铸件的材质选择及应用提供重要的参考依据，提高沉没辊筒的使用寿命，减低企业成本，为企业带来更高的收益。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：确定合成灰铁的化学成分及熔炼工艺，制备合成灰铸铁试件，部分试件进行热处理以获得热处理态试件。进行一定温度的热浸泡实验，通过对浸蚀不同时间的铸态和热处理态试件的腐蚀表面形貌、界面组织形貌分析，腐蚀速率及试件的组织与性能的变化，对合成灰铁在一定温度的Al-10%Si熔体中的耐蚀性能进行测定.

材料表征：对灰铸铁金相试样进行金相分析，使用金相显微镜、硬度测试仪、光谱分析仪、电子探针等仪器对其组织及性能进行综合测试分析。分析影响合成灰铁耐Al-10%Si熔体腐蚀的因素。