冷噴涂鋁涂層表面特性表征及其腐蝕行為研究.pdf

1、海洋環(huán)境中，船舶的內(nèi)艙和舷外結(jié)構(gòu)、海洋平臺(tái)和港工設(shè)施的潮差、飛濺及大氣段均存在著嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，噴涂金屬防護(hù)涂層技術(shù)是目前國(guó)際上解決海洋環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防護(hù)的重要手段，A1涂層在海洋環(huán)境中具有良好的抗腐蝕性能，作為防腐涂層具有廣闊的應(yīng)用前景。冷噴涂是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型噴涂工藝，粒子在溫度遠(yuǎn)低于噴涂材料熔點(diǎn)的固態(tài)下以較高的速度(300～1000m/s)撞擊基體，通過(guò)發(fā)生塑性變形而沉積形成涂層。 本文運(yùn)用冷噴涂工藝制備A1涂層，

2、通過(guò)均勻設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化涂層制備工藝參數(shù)，運(yùn)用各種分析測(cè)試方法研究涂層的表面特性及其在海洋環(huán)境中的腐蝕性能，并與熱噴涂鋁涂層進(jìn)行了對(duì)比研究，為制備高性能的金屬鋁涂層及其應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。 論文從冷噴涂A1涂層的制備工藝參數(shù)入手，通過(guò)均勻設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)不同制備工藝參數(shù)的七種涂層，根據(jù)涂層外觀(guān)、涂層厚度、顯微硬度和孔隙率這四項(xiàng)性能對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化回歸，得出涂層制備工藝參數(shù)為：載氣溫度250℃；載氣壓力2.0MPa；噴涂距離25mm

3、；進(jìn)粉速率1.6g/s。 對(duì)采用優(yōu)化工藝參數(shù)制備的冷噴涂Al涂層進(jìn)行表面特性分析，經(jīng)掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)表明噴涂粒子之間通過(guò)高速碰撞產(chǎn)生的強(qiáng)烈塑性變形而結(jié)合在一起，噴涂粒子由原來(lái)的類(lèi)球形變成了細(xì)長(zhǎng)的條狀，粒子與粒子之間結(jié)合的非常緊密；XRD分析表明，涂層中未發(fā)現(xiàn)氧化物相的峰，冷噴涂過(guò)程中未發(fā)生明顯氧化，噴涂粒子的高速?zèng)_擊使得粒子的晶粒尺寸細(xì)化；對(duì)涂層顯微硬度測(cè)試表明，由于噴涂粒子的噴丸強(qiáng)化作用冷噴涂鋁涂層的顯微

4、硬度明顯高于熱噴涂鋁涂層，涂層的顯微硬度表現(xiàn)出由表面向基體逐漸增大的趨勢(shì)；對(duì)涂層孔隙率的分析表明，冷噴涂A1涂層的孔隙率為1.9％，不存在貫穿到基體的孔隙；拉伸試驗(yàn)表明，冷噴涂Al涂層涂層之間(內(nèi)部)的結(jié)合強(qiáng)度比涂層與基體之間高，涂層主要依靠粒子的塑性變形與基體形成結(jié)合。 對(duì)浸泡在海水中的涂層進(jìn)行腐蝕電位、線(xiàn)性極化、交流阻抗和動(dòng)電位極化等腐蝕電化學(xué)性能測(cè)試，并結(jié)合掃描電鏡和超聲波顯微鏡分析其微觀(guān)形貌。掃描電鏡和超聲波顯微鏡分析結(jié)

5、果表明，冷噴涂鋁涂層沒(méi)有明顯的貫穿到基體的孔隙存在，涂層表面腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物致密的覆蓋在涂層表面；對(duì)腐蝕電位的研究表明，冷噴涂鋁涂層在海水中的腐蝕電位為-0.8VSCE左右，與鋁塊材在海水中的腐蝕電位相近；對(duì)線(xiàn)性極化曲線(xiàn)的研究表明，冷噴涂鋁涂層的線(xiàn)性極化電阻隨浸泡時(shí)間的增加迅速增大，表現(xiàn)出與鋁塊材相近的耐腐蝕性能；對(duì)交流阻抗的研究表明，冷噴涂Al涂層表面在空氣中生成的氧化膜并不能有效阻止涂層的腐蝕，涂層主要依靠生成的腐蝕產(chǎn)物阻礙腐蝕介

6、質(zhì)的擴(kuò)散，涂層阻抗譜在海水中浸泡240h后出現(xiàn)較為明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象；對(duì)動(dòng)電位極化曲線(xiàn)的研究表明，冷噴涂鋁涂層的自腐蝕電流密度隨著浸泡時(shí)間的增加快速降低，涂層表面致密的腐蝕產(chǎn)物造成涂層陽(yáng)極極化率升高。為了進(jìn)一步研究涂層在海洋環(huán)境中的耐腐蝕性能，進(jìn)行了200h中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)及90d海洋大氣腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果表明，在試驗(yàn)周期內(nèi)，冷噴涂Al涂層和熱噴涂A1涂層均可對(duì)Q235鋼基體提供有效的保護(hù)，但冷噴涂Al涂層的腐蝕速度更低，其腐蝕速度隨腐蝕時(shí)間的