低电极电位锌镍合金涂层的制备与性能研究

摘要

金属的腐蚀行为会引起巨大的经济损失和资源消耗，同时也是导致设备失效、事故发生的原因之一，因此研究金属的腐蚀与防护具有重要的意义。阴极保护是防止或减缓金属腐蚀的行之有效的方法之一。本文选用锌镍合金作为低电极电位耐腐蚀合金材料，通过氧乙炔火焰进行喷涂得到阴极保护涂层对金属基体进行保护。
　　 针对锌、镍熔点相差大，难以互熔的特点，本文采用机械合金化制备锌镍合金，分析了工艺参数对机械合金化结果的影响并得到最优参数，同时本文对机械合金化机理进行了分析。采用氧乙炔火焰喷涂制备锌镍合金涂层，对涂层性能进行了分析。
　　 本文主要研究内容和结果如下：
　　 1：通过机械合金化工艺的设计和优化制备锌镍合金，并且进行锌镍金属机械合金化机理及过程的分析研究，对工艺参数进行正交对比试验，以球磨过后粉末物相为指标，得出球磨工艺较优的工艺参数及各工艺参数对球磨结果的影响规律。一般而言在锌镍机械合金化过程中，选取球磨转速为400r/min～500r/min，球磨时间为70～80h，球料比为10:1，以无水乙醇为球磨介质可以得到反应充分的锌镍合金粉末。长时间的球磨容易造成粉体过细、粉末易于氧化的缺点，因此应当采取适当的工艺来保护粉末的氧化。
　　 2.利用Miedema理论计算了合金的形成自由能，其中金属间化合物-8.07(KJ/mol)＞固溶体-6.02(KJ/mol)＞非晶态-5.47(KJ/mol)，说明热力学条件下，三种合金都有可能产生。球磨过程中晶粒细化产生的界面能、机械研磨积累的晶格畸变能及反位缺陷能是形成金属间化合物的主要原因。
　　 3：用氧乙炔火焰对锌镍合金进行喷涂，得到物相为锌镍过饱和固溶体的合金涂层，该涂层电位为-0.32V，低于同等环境下不锈钢电位(-0.20V)，具备低电极电位的特点，同时该涂层自腐蚀电流(1.556×10-4mA/cm-2)低于不锈钢自腐蚀电流(6.751×10-4mA/cm-2)，说明该涂层具备低电极电位耐腐蚀特点，能够满足服役需要。经过强酸强碱以及盐的腐蚀，涂层表现出良好的耐腐蚀性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1金属材料腐蚀与防护研究现状

1.1.1金属腐蚀概况

1.1.2金属材料腐蚀与防护研究现状

1.1.3阴极保护在海洋防护中的应用

1.2 锌镍合金作为耐腐蚀涂层材料的应用情况

1.2.1锌镍合金耐腐蚀机理

1.2.2锌及其合金作为耐腐蚀材料的应用现况

1.3机械合金制备锌镍合金

1.3.1机械合金化发展概况

1.3.2影响机械合金化的因素

1.3.3高能球磨反应机理

1.4本文研究内容

1.4.1本课题的研究意义

1.4.2本文主要研究内容

1.4.3技术路线

第一章 机械合金化制备锌镍粉体合金

2.1机械化合金制备锌镍粉体材料

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.1.3测试仪器

2.2实验方案与步骤

2.3实验结果与讨论

2.3.1干法球磨与湿法球磨对球磨结果的影响

2.3.2球料比对球磨结果的影响

2.3.3球磨时间对球磨结果的影响

2.3.4球磨转速对球磨结果的影响

2.4本章小结

第三章 Zn70Ni30二元体系机械合金化过程分析

3.1引言

3.2实验方法

3.3结果分析

3.3.1 Zn70Ni30二元体系粉末物相分析

3.3.2 Zn70Ni30二元体系粉末形貌分析

3.2.3晶粒尺寸和点阵畸变

3.3锌镍合金形成热力学动力学分析

3.3.1 Miedema理论简介

3.3.2 Miedema理论模型

3.3.3二元合金形成热的经验关系式

3.3.4热力学计算结果分析

3.3.5相变的动力学分析

3.4本章小结

第四章 团聚型锌镍合金粉末的制备与性能研究

4.1团聚型锌镍合金粉末的制备

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3喷雾造粒实验步骤

4.2锌镍粉末性能测试方法

4.3测试结果分析

4.3.1流动性与松装密度分析

4.3.2粉末表面形貌分析

4.4本章小结

第五章 锌镍合金涂层的制备与性能研究

5.1涂层的制备

5.1.1涂层制备步骤

5.1.2实验仪器

5.1.3工艺参数的选定

5.2涂层结合强度测试

5.2.1涂层结合强度测试方法

5.2.2涂层的结合强度

5.2.3涂层XRD分析

5.3金属材料海水腐蚀试验的评价方法

5.3.1表面检查

5.3.2重量法

5.3.3电化学方法

5.4锌镍合金涂层腐蚀研究

5.4.1试验材料及试样制备

5.4.2试验仪器设备

5.5试验方法

5.5.1锌镍合金涂层腐蚀腐蚀前后表面形貌对比图

5.5.2锌镍合金涂层腐蚀腐蚀前后SEM对比图

5.3.2动电位极化曲线测量试验

5.5.3锌镍合金涂层腐蚀性能分析

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

附录：作者在攻读硕士期间完成的论文