低壓冷噴涂鋁涂層的防腐性能研究.pdf

1、海洋環(huán)境中，船舶的內(nèi)艙和舷外結(jié)構(gòu)，海洋平臺和港工設(shè)施的潮差，飛濺及大氣段均存在嚴(yán)重的腐蝕問題。噴涂金屬防護(hù)涂層技術(shù)是目前國際上解決海洋環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)長效防護(hù)的重要手段。金屬鋁及其合金涂層在海洋環(huán)境中是比較常用的防腐涂層，Al涂層作為一種陽極性涂層，不僅具有有機(jī)涂層隔離腐蝕介質(zhì)的物理屏蔽作用，而且還可以做為犧牲陽極為鋼結(jié)構(gòu)基體提供陰極保護(hù)作用。作為防腐涂層具有較廣闊的市場應(yīng)用前景。低壓冷噴涂技術(shù)是一種新型的表面工程技術(shù)，同高壓冷噴涂技術(shù)原理

2、一樣，粒子通過高速撞擊基體發(fā)生塑性變形而沉積形成涂層。低壓冷噴涂不僅能制備各種金屬或合金防護(hù)涂層，且便攜、經(jīng)濟(jì)有效，越來越得到研究者的青睞，市場應(yīng)用前景比較可觀。
　　本文運(yùn)用低壓冷噴涂工藝制備了Al-Al2O3涂層。通過各種微觀分析及電化學(xué)測試表征方法，研究涂層的表面特性及其在海洋環(huán)境中的耐蝕性能；討論了陶瓷相Al2O3的含量對涂層性能的影響；同時(shí)與高壓冷噴涂和熱噴涂鋁涂層進(jìn)行了對比，為制備低成本、高性能的防腐涂層提供了數(shù)據(jù)參考

3、。
　　論文利用DYMET-314低壓冷噴涂設(shè)備，在優(yōu)化后的工藝參數(shù)下制備了Al-10％Al2O3、Al-20%Al2O3、Al-30%Al2O3、Al-40%Al2O3及Al-50%Al2O35種不同氧化鋁體積含量的Al-Al2O3涂層。通過掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)及金相顯微鏡對涂層表面和截面特征進(jìn)行表征，得出低壓冷噴涂鋁涂層通過塑性變形與基體機(jī)械咬合在一起，涂層較致密，氧化鋁作為第二相，均勻的分布在涂層中。原始粉

4、末中氧化鋁含量越高，涂層中氧化鋁含量則相對較高；由于氧化鋁的嵌入，涂層表面有一定的界面缺陷或拋光過程中Al2O3的脫落，造成孔隙率相對有所增加，涂層中氧化鋁含量越多，這種效果越明顯孔隙率就會相對增大，但整體上5種低壓冷噴涂鋁涂層的孔隙率較低在1%～5%。通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對涂層的結(jié)合強(qiáng)度測試得知，涂層間的內(nèi)聚結(jié)合強(qiáng)度大于涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度；涂層中Al2O3含量越高，涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度相對較高，其中Al-50%Al2O3涂層的結(jié)合強(qiáng)度

5、最高為31.2Mpa。當(dāng)噴涂粉末中加入10%～20%體積比例的陶瓷相Al2O3時(shí)，涂層的孔隙率較低且結(jié)合強(qiáng)度相近。
　　對低壓冷噴涂和等離子噴涂Al-Al2O3涂層進(jìn)行海水浸泡試驗(yàn)，通過自腐蝕電位、線性極化、動電位極化及交流阻抗測試，并結(jié)合掃描電鏡、XRD衍射儀對涂層腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行對比分析得知：低壓冷噴涂鋁涂層腐蝕產(chǎn)物較致密，熱噴涂鋁涂層腐蝕產(chǎn)物較疏松。自腐蝕電位測試結(jié)果表明，相對鋼基體都能提供有效可靠的陰極驅(qū)動電位，Al-10%A

6、l2O3涂層的穩(wěn)定電位更負(fù)一些在-0.81V左右，4＃和5＃涂層電位波動較大，在-0.735V～-0.75V區(qū)間變化；熱噴涂鋁涂層電位穩(wěn)定在-0.88V左右，能為基體提供陰極保護(hù)。線性極化測試結(jié)果表明，隨浸泡時(shí)間增加，低壓冷噴涂和熱噴涂鋁涂層Rp都有不斷增大的趨勢，低壓冷噴涂鋁涂層的極化電阻整體上高于熱噴涂鋁涂層的；其中1＃涂層的Rp最大為6×104Ω·cm2，腐蝕電流密度較小，耐蝕性能較好。動電位極化測試結(jié)果表明，浸泡初期涂層表面膜層

7、的防護(hù)作用薄弱，腐蝕電流密度都先增大后減小；低壓冷噴涂鋁涂層的穩(wěn)定腐蝕電流密度整體上高于熱噴涂鋁涂層的，涂層表面具有較好的耐蝕性能，都能為基體提供有效保護(hù)；其中1＃涂層的穩(wěn)定腐蝕電流密度較小在0.3μA/cm2左右。交流阻抗測試結(jié)果表明，低壓冷噴涂和熱噴涂鋁涂層在浸泡初期和后期，由于表面鈍化膜或腐蝕產(chǎn)物膜的保護(hù)作用，都呈現(xiàn)較明顯的擴(kuò)散過程，浸泡中期呈現(xiàn)單一的容抗弧特征。
　　針對海洋腐蝕環(huán)境，對5種低壓冷噴涂涂層在海洋環(huán)境飛濺區(qū)進(jìn)

8、行了6個(gè)月的掛片試驗(yàn)和1000h的中性鹽霧試驗(yàn)。結(jié)果表明，低壓冷噴涂鋁涂層相對碳鋼基體具有較好的防護(hù)性能，白色腐蝕產(chǎn)物均勻致密的分布在涂層表面；涂層中氧化鋁含量越多，呈現(xiàn)出涂層表面粗糙度較大，腐蝕的較快；熱噴涂鋁涂層同樣能為基體提供較好的防護(hù)，由于涂層組織結(jié)構(gòu)的缺陷，不如低壓冷噴涂鋁涂層防護(hù)性能更長久穩(wěn)定。
　　通過對低壓冷噴涂鋁涂層物理性能、海水浸泡的電化學(xué)性能測試及海洋飛濺區(qū)的耐蝕性能試驗(yàn)，綜合對比得知：當(dāng)在噴涂粉末中加入10