1Cr13不銹鋼表面冷噴涂Ti涂層的制備及其腐蝕行為的研究.pdf

1、ICr13馬氏體不銹鋼具有良好的抗氣蝕、抗磨損、抗疲勞和大截面機械性能，優(yōu)良的抗裂紋擴展和斷裂韌性，良好的鑄造性能、焊接性能和加工性能，是汽輪機葉片典型用材。但在嚴酷的海洋腐蝕環(huán)境中服役時，其耐蝕性相對較差，難以滿足海洋環(huán)境的耐腐蝕性要求。 Ti具有優(yōu)越的抗腐蝕性能，作為防腐涂層具有廣闊的應(yīng)用前景，在不銹鋼表面制備一層Ti金屬涂層可以大大改善不銹鋼在海洋環(huán)境中的耐腐蝕性能。Ti的活性較高，用傳統(tǒng)的熱噴涂方法制備Ti涂層存在Ti的

2、高溫氧化問題，而涂層中的氧化物不僅增加涂層的脆性，而且降低Ti涂層的防腐性能，因此，在熱噴涂制備Ti涂層時，一般需要真空或惰性氣體保護，這樣就增加了制備工藝的復(fù)雜程度。 冷噴涂是近年來發(fā)展起來的一種新型噴涂工藝，粒子在溫度遠低于噴涂材料熔點的固態(tài)下以較高的速度(300～1000m/s)撞擊基體，通過發(fā)生塑性變形而沉積形成涂層。在粒子沉積過程中，由于溫度低，噴涂材料的組織結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生變化，也不發(fā)生明顯的氧化，因此，可以用來制備冷

3、噴涂Ti涂層。但Ti涂層組織致密性較差，這表明影響涂層組織及性能的工藝因素還有待闡明。本文以冷噴涂過程中的載氣溫度、載氣種類、工作壓力三個因素為變量，在lCrl3不銹鋼基體上制備了6種不同致密度的冷噴涂Ti涂層，研究了不同工藝條件對冷噴涂Ti涂層組織結(jié)構(gòu)及耐蝕性能的影響，從而達到優(yōu)化制備參數(shù)的目的。 經(jīng)環(huán)境掃描電鏡(ESEM)及其附帶的能譜(EDX)分析表明，隨著制備過程中載氣溫度的提高，冷噴涂Ti涂層的致密度提高，但涂層中的含

4、氧量也相應(yīng)提高；制備過程中采用的工作壓力越高，涂層的致密度越高；采用空氣制備的冷噴涂Ti涂層，其致密度與采用氮氣制備的差別不大，但含氧量較大。經(jīng)XRD分析，涂層中未發(fā)現(xiàn)氧化物相的峰。顯微硬度及拉伸試驗證明，冷噴涂Ti涂層的機械物理性能也與制備過程的工藝參數(shù)有關(guān)；隨著制備過程中載氣溫度和載氣壓力的提高，涂層的硬度以及涂層與基體之間的結(jié)合強度均增大；采用高壓空氣制備的冷噴涂Ti涂層相對于采用氮氣制備的涂層硬度較大，但其與基體之間的結(jié)合強度較

5、小。測量冷噴涂Ti涂層的動電位極化曲線，結(jié)合涂層組織結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)涂層的耐蝕性與涂層的致密度和含氧量有關(guān)，涂層的致密度越高，含氧量越低，涂層的耐蝕性越好；對涂層拋光處理，消除其粗糙表面，能大大提高涂層的耐蝕性。研究涂層與基體不銹鋼的電偶腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)無論從熱力學(xué)角度還是從動力學(xué)角度來講，冷噴涂Ti涂層與lCrl3不銹鋼的電偶腐蝕傾向都較小，說明一旦涂層出現(xiàn)局部破損，不會有加速基體的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，甚至?xí)霈F(xiàn)小陰極(基體)大陽極(涂層)的情

6、況，而使基體受到保護。鹽霧試驗表明，表面制備了冷噴涂Ti涂層的lCrl3不銹鋼在中性鹽霧環(huán)境中60天無紅銹滲出，不銹鋼基體得到了有效的保護。 為了進一步提高涂層的致密度，提高其耐海洋環(huán)境腐蝕性能，利用AI<,2>O<,3>顆粒，控制冷噴涂工藝參數(shù)，在AI<,2>O<,3>顆粒不沉積的情況下對制備的冷噴涂Ti涂層表面進行冷噴致密化處理，掃描電鏡研究表明，經(jīng)冷噴致密化處理后涂層致密度大大提高，越接近表面，效果越明顯；XRD測試結(jié)合謝