冷喷涂Al复合涂层的组织结构与腐蚀行为的研究

摘要

随着我国经济建设的高速发展，港口码头、跨海大桥等海上钢制结构物大量兴建，大量的金属材料被投入使用，钢制结构物与海洋环境中的腐蚀介质接触而受到严重腐蚀，导致其使用寿命明显下降。
　　本文利用冷喷涂技术制备了五种不同的Al复合涂层，对涂层的力学性能和组织结构进行了分析，利用电化学方法对涂层的腐蚀行为进行了研究，对涂层的腐蚀机理、机械性能及耐腐蚀性能进行了分析。
　　本文研究分析了五种冷喷涂涂层的力学性能及组织结构发现:五种冷喷涂涂层表面、涂层界面均不存在明显的缺陷，致密性较好。Al-25％Al2O3涂层的厚度可达980μm以上，其他四种涂层的厚度可达290μm以上。五种涂层的硬度均在59.6HV以上，其中Al-25％Zn-25％Al2O3涂层的硬度达100HV以上。五种涂层的孔隙率均不超过2.44％，Al-50％Zn涂层孔隙率仅为1.64％。Al-50％Zn-25％Al2O3涂层在加入了Al2O3粉后孔隙率明显下降，仅为1.13％，为五种Al复合涂层中最小。Al-50％Zn，Al-50％Zn-25％Al2O3涂层较Al-25％Zn，Al-25％Zn-25％Al2O3涂层孔隙率明显减小，说明提高Zn粉的比例能降低涂层的孔隙率。
　　本文研究分析了五种冷喷涂涂层的耐腐蚀性能，Al-25％Zn-25％Al2O3及Al-50％Zn-25％Al2O3涂层浸泡后期自腐蚀电位在-0.98V附近趋于稳定，相较其他几种Al复合涂层其耐腐蚀性能更加优异。浸泡336h后，Al-25％Al2O3，Al-25％Zn-25％Al2O3，Al-50％Zn-25％Al2O3涂层的自腐蚀电流密度分别为0.35μA/cm2，26.41μA/cm2，15.29μA/cm2。总体而言，五种涂层的电流密度在浸泡后期基本趋于稳定，耐腐蚀性能较好，防护能力逐渐增强。
　　Al-25％Al2O3涂层的阻抗谱图的容抗弧呈现出先增加后减小的趋势，浸泡初期在高频区表现出一个容抗弧，低频区表现出一个直线扩散过程，336h后阻抗谱图在低频区呈现出一个较明显的低频扩散过程。Al-25％Zn与Al-50％Zn涂层在浸泡过程中仅出现一个简单容抗弧，随后容抗弧的半径呈增大趋势。浸泡初始阶段，Al-25％Zn-25％Al2O3的阻抗谱图在高频区呈现出一个高频容抗弧，在低频区表现出一个直线扩散过程，容抗弧的半径呈逐渐增大趋势，168h后阻抗谱图上呈现出明显的扩散现象。而Al-50％Zn-25％Al2O3涂层，在528h才出现明显的低频扩散现象。总体而言，五种涂层浸泡后期的耐腐蚀性逐渐增强，Al-25％Al2O3涂层的容抗弧半径最大，耐腐蚀效果较好。
　　Al-25％Al2O3涂层在浸泡24h后出现了较为明显的钝化区，528h后极化率呈增大趋势，浸泡后期防护能力逐渐增强。Al-25％Zn与Al-50％Zn涂层的阳极区没有出现明显的钝化区，浸泡后期极化率呈增大趋势。Al-25％Zn-25％Al2O3涂层和Al-50％Zn-25％Al2O3涂层在整个浸泡过程中电位稳定在-0.95V～-1.0V，浸泡96h后出现钝化区，电位随着电流的增大而逐渐增大，极化率呈现逐渐出增大的趋势。两种涂层浸泡后期的耐腐蚀性逐渐增强，耐腐蚀效果较好。对比分析Al-25％Zn和Al-25％Zn-25％Al2O3，Al-50％Zn和Al-50％Zn-25％Al2O3两组涂层发现，Al2O3粉的加入对各涂层浸泡过程中极化曲线的影响并不明显。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 腐蚀环境及腐蚀机理

1．3 海洋腐蚀防护方法

1．4 冷喷涂技术的发展及原理

1．5 冷喷涂技术的特点

1．5．1 影响冷喷涂涂层质量的主要因素

1．5．2 冷喷涂涂层性能的表征方法

1．6 冷喷涂Al复合涂层的研究现状

1．7 研究内容及意义

1．7．1 研究内容

1．7．2 研究意义

2．1 试样材料

2．2 试样制备

2．3 试样处理

2．4 涂层检测设备及分析方法

2．4．1 涂层微观形貌

2．4．2 金相组织

2．4．3 涂层厚度

2．4．4 涂层硬度

2．5 电化学性能测试

第3章 冷喷涂Al复合涂层的组织结构分析

3．1．1 涂层的宏观形貌

3．1．2 涂层的微观形貌

3．1．3 涂层横截面组织结构

3．2 冷喷涂Al复合涂层的物理性能表征

3．2．1 涂层厚度

3．2．2 涂层硬度

3．2．3 涂层孔隙率

3．3 小结

第4章 冷喷涂Al复合涂层的腐蚀行为研究

4．1 涂层自腐蚀电位

4．2 涂层腐蚀速率曲线

4．3 涂层电化学交流阻抗谱

4．3．1 Q235钢电化学交流阻抗谱

4．3．3 Al-25％Zn与Al-50％Zn涂层电化学交流阻抗谱

4．3．4 Al-25％Zn-25％Al2O3与Al-50％Zn-25wt％Al2O3涂层电化学交流阻抗谱

4．4 涂层动电位极化曲线

4．5 小结

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献