低壓冷噴涂鋅鋁合金涂層制備及防護(hù)性能研究.pdf

1、海洋平臺(tái)和港口工程設(shè)施等部位存在嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，噴涂金屬防護(hù)涂層是目前國(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，作為一種新型表面工程技術(shù)，低壓冷噴涂技術(shù)是通過(guò)噴涂粒子高速撞擊基體發(fā)生塑性變形而沉積形成涂層。鋅鋁合金涂層不僅能對(duì)腐蝕介質(zhì)形成物理阻隔，還能夠?qū)w進(jìn)行陰極防護(hù)，具有較為可觀的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
　　本文利用低壓冷噴涂工藝加工制備了鋅鋁合金涂層，通過(guò)各種現(xiàn)代表面微觀表征方法和分析手段，對(duì)涂層的物理機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，并

2、分析其形成原因。結(jié)合鋅鋁合金涂層在海水浸泡下電化學(xué)相關(guān)測(cè)試的結(jié)果，總結(jié)涂層在海水浸泡下的腐蝕變化規(guī)律，解釋涂層對(duì)基體的防護(hù)機(jī)理，為制備高性能低壓冷噴涂涂層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
　　論文使用DYMET-314低壓冷噴涂系統(tǒng)，以含有氧化鋁體積比20％、30％、40％、50％的四種鋅鋁合會(huì)粉末為涂層材料，使用優(yōu)化工藝參數(shù)制備了低壓冷噴涂鋅鋁合金涂層。使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，能譜分析儀及金相顯微鏡等研究手段對(duì)涂層表面及界面成分和組織

3、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，經(jīng)冷噴涂工藝加工的涂層厚度在250～310μm左右，試樣整體表面較為平整，存在凹坑現(xiàn)象。涂層孔隙率較低，在1％～5％之間。涂層內(nèi)部的結(jié)合力大于涂層與基體的結(jié)合力，其中含有體積比40％的鋅鋁合金涂層結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到最高值為25.7MPa。涂層中氧化鋁含量的增加會(huì)導(dǎo)致涂層表面凹坑現(xiàn)象嚴(yán)重，加大涂層的孔隙率，增加涂層的界面缺陷，對(duì)已加工涂層產(chǎn)生硬化作用，加大了涂層內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度。綜合對(duì)涂層物理性能測(cè)試結(jié)果分析，噴涂粉末中含

4、有40％氧化鋁時(shí)，獲得的涂層厚度適巾，分布均勻，具有較低的孔隙率，較高的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度。
　　通過(guò)設(shè)定干濕交替循環(huán)比與海水中全浸形成對(duì)比，對(duì)低壓冷噴涂鋅鋁合金涂層進(jìn)行海水浸泡試驗(yàn)以測(cè)試它的電化學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果分析表明，在浸泡初期涂層活性較大，自腐蝕電位都較負(fù)，間浸工況下涂層電位波動(dòng)更大。在浸泡200h時(shí)，試樣表面氧化物膜層破壞，海水中的Cl-開(kāi)始進(jìn)入涂層表面，產(chǎn)生較大的電位波動(dòng)。在試驗(yàn)周期內(nèi)，涂層能夠?qū)︿摶w產(chǎn)生長(zhǎng)期有效的陰極

5、保護(hù)作用。通過(guò)對(duì)動(dòng)電位極化曲線的分析，兩種工況下的腐蝕過(guò)程相差不大，氧化鋁含量不影響涂層的腐蝕機(jī)理，但產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物能夠阻止腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的滲入。根據(jù)對(duì)涂層交流阻抗譜的結(jié)果，可將涂層的電化學(xué)過(guò)程分為三個(gè)階段:第一階段涂層表面的氧化物膜層組織了腐蝕介質(zhì)的滲入，但持續(xù)時(shí)間較短;第二階段膜層受到破壞，Cl-在涂層表面迅速擴(kuò)散，涂層電化學(xué)反應(yīng)加快;第三階段涂層的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生堆積，又阻止了Cl-的進(jìn)一步滲入。
　　由鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)和實(shí)海環(huán)