Zn-Al-Mg-RE涂層與艦船涂料的協(xié)同性及其構(gòu)建的復(fù)合涂層的耐蝕機(jī)理研究.pdf

1、涉海裝備在服役過程中極易受到海水和海洋大氣環(huán)境的影響而發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。傳統(tǒng)的有機(jī)涂層需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，不能滿足人們對涉海裝備在服役過程中長時(shí)間不維修或少維修的需求。因此，開展針對鋼結(jié)構(gòu)表面長效防腐涂層的技術(shù)和理論研究，對于解決涉海裝備在苛刻海洋環(huán)境下的防腐問題具有重要意義。 本文采用再制造關(guān)鍵技術(shù)—高速電弧噴涂技術(shù)在Q235鋼表面制備Zn-Al-Mg—RE金屬涂層，再在涂層表面涂裝有機(jī)涂層，構(gòu)建了復(fù)合防腐涂層。利用熱鹽水浸泡試驗(yàn)

2、、銅離子醋酸鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)、電極電位試驗(yàn)和電化學(xué)交流阻抗試驗(yàn)檢測了金屬涂層和有機(jī)涂層之間的協(xié)同性：通過SEM、EDAX、XRD、人工缺陷試樣常溫浸泡試驗(yàn)、電化學(xué)交流阻抗試驗(yàn)以及自主研發(fā)的裝置結(jié)合離子色譜儀研究了該復(fù)合防腐涂層的耐蝕機(jī)理；通過理論計(jì)算和試驗(yàn)研究了不同物化性能的腐蝕產(chǎn)物對復(fù)合涂層表面有機(jī)涂層失效形式的影響；在分析某型艦船和水陸裝備典型零部件腐蝕失效形式的基礎(chǔ)上，采取該復(fù)合防腐涂層對其進(jìn)行防腐處理，并進(jìn)行了應(yīng)用考核。主要得到

3、了以下在溶液介質(zhì)腐蝕環(huán)境和鹽霧腐蝕環(huán)境中，與Al涂層相比，Zn-Al-Mg—RE涂層與有機(jī)涂層在腐蝕環(huán)境中均具有更好的協(xié)同性。在噴涂Al涂層復(fù)合防腐涂層界面處，堿性腐蝕產(chǎn)物破壞了有機(jī)涂層的結(jié)合鍵，滲透壓促使有機(jī)涂層剝離，導(dǎo)致鼓泡發(fā)生；而在Zn-Al-Mg—RE涂層表面形成的腐蝕產(chǎn)物壽命較長，不易分解，起到了鈍化膜的作用。 電化學(xué)交流阻抗試驗(yàn)結(jié)果表明：有機(jī)涂層中存在微觀孔隙或宏觀孔隙時(shí)有機(jī)涂層與Zn-Al-Mg—RE涂層仍然具有較

4、好的協(xié)同性。在測試過程，該復(fù)合防腐涂層體系的涂層孔隙電阻一直保持在107Ωcm2以上，說明有機(jī)涂層對金屬涂層一直起到有效的保護(hù)作用；在浸泡后期，涂層電容長時(shí)間保持恒定，說明Zn-Al-Mg—RE涂層腐蝕產(chǎn)物的存在有效地彌補(bǔ)了有機(jī)涂層自身的微觀孔隙。當(dāng)有機(jī)涂層中存在宏觀孔隙時(shí)，腐蝕產(chǎn)物先封閉宏觀孔隙附近的微觀孔隙，然后封閉新形成的微觀孔隙、腐蝕產(chǎn)物與有機(jī)涂層之間的微觀孔隙以及腐蝕產(chǎn)物之間的微觀孔隙。通過這種方式，腐蝕產(chǎn)物在宏觀孔隙中形成致

5、密的微觀結(jié)構(gòu)，阻止腐蝕介質(zhì)對界面的破壞。 本文提出了噴涂Zn-Al-Mg-RE涂層的復(fù)合防腐涂層的耐蝕機(jī)理—雙重自封閉機(jī)理。將制備了人工缺陷的試樣在5％NaCl溶液中浸泡430小時(shí)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)涂層中的人工孔隙被Zn-Al-Mg-RE涂層的腐蝕產(chǎn)物堵塞，通過SEM進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)人工孔隙中腐蝕產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)非常致密，由此說明該復(fù)合防腐涂層具有向上封閉有杌涂層中微觀缺陷的作用。自由膜滲透試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著時(shí)間的延長，氯離子在Zn-Al-

6、Mg-RE涂層自由膜中的滲透速率逐漸減慢，最后溶液中的氯離子濃度保持恒定不變，說明Zn-Al-Mg-RE涂層的腐蝕產(chǎn)物能夠堵塞鴦身的微觀孔隙，阻止腐蝕介質(zhì)的繼續(xù)滲透。 本研究發(fā)現(xiàn)了Zn-Al-Mg-RE涂層表面的腐蝕產(chǎn)物中含有納米晶，并提出了納米腐蝕產(chǎn)物形成機(jī)理。將噴涂了Zn-Al-Mg-RE涂層的試樣浸泡于5％的NaCl溶液中30天、120天和210天，通過XRD檢測涂層表面腐蝕產(chǎn)物的晶粒度，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物中存在納米級的腐蝕產(chǎn)物

7、，納米級的腐蝕產(chǎn)物能夠使腐蝕產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)變?nèi)旆浅Ｖ旅?，從藹說明該復(fù)合防腐涂層具有雙重自封閉特性的原因是Zn-Al-Mg-RE涂層能夠生成納米級的腐蝕產(chǎn)物。 本文還得出了滲透壓型鼓泡邊緣的擴(kuò)展速率和腐蝕產(chǎn)物體積膨脹型鼓泡的臨界彎曲力矩。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了噴涂Al涂層的復(fù)合防腐涂層表面有機(jī)涂層鼓泡的主要影響因素為滲透壓力；而噴涂Zn-Al-Mg-RE涂層的復(fù)合防腐涂層表面有機(jī)涂層鼓泡的主要影響因素為腐蝕產(chǎn)物生成時(shí)的體積膨脹力。