Zn-Al伪合金涂层的制备及耐海洋腐蚀性能研究

摘要

在大型钢结构的长效防腐蚀领域，热喷涂锌铝合金防腐涂层技术正逐步替代纯锌、纯铝涂层技术，因此，研究Zn-Al涂层的制备及其耐蚀性能对其应用具有重要的工程价值。本文基于BP人工神经网络技术优化了电弧喷涂工艺参数，并采用优化后的工艺参数成功制备了三种不同铝含量的Zn-Al伪合金涂层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等分析了涂层的组织结构。通过室内挂片试验，研究了涂层的耐盐雾、耐飞溅和耐全浸腐蚀性能，并对涂层在不同模拟海洋环境下的腐蚀机理进行了探讨。
　　 研究表明，BP人工神经网络模型所得的预测值与试验值基本吻合。采用优化后的喷涂工艺参数成功制备了三种不同铝含量的Zn-Al伪合金涂层和Zn-15Al合金涂层。组织研究发现四种Zn-Al涂层均达到了相关标准的质量要求，Zn-15Al合金涂层和Zn-27Al伪合金涂层的表面质量优于Zn-14Al伪合金涂层和Zn-46Al伪合金涂层。XRD结果表明，三种伪合金涂层均主要由Zn、Al两相组成。成分分析发现，Zn-15Al合金涂层中锌、铝元素均匀分布，而三种伪合金涂层为富锌相和富铝相的机械混合。
　　 在3.5 wt％NaCl溶液中的电化学性能测试结果表明，随着Al含量的增加，涂层的自腐蚀电位升高，但是四种涂层的电位相差不大。另外，除Zn-46Al伪合金涂层之外，其它三种涂层在极化过程中均具有明显的钝化现象。
　　 室内挂片试验结果表明，四种Zn-Al涂层在三种模拟海洋环境下均表现出了较好的耐蚀性能。相对而言，Zn-15Al合金涂层表现出了较好的耐飞溅腐蚀性能，而Zn-46Al伪合金涂层则显示了较好的耐盐雾腐蚀性能和耐全浸腐蚀性能。
　　 通过对涂层腐蚀形貌的观察，发现涂层的成分、腐蚀产物的性质以及腐蚀环境都是影响涂层耐蚀性能的关键因素。在飞溅环境下，Zn-Al伪合金涂层的腐蚀机制为腐蚀产物失去了屏蔽作用，导致其腐蚀过程不断加剧。在盐雾和全浸环境下，腐蚀产物的屏蔽作用导致Zn-15Al合金涂层发生闭塞电池腐蚀，这使得Zn-15Al合会涂层在这两种环境下的耐蚀性能下降；而Zn-Al伪合金涂层中铝含量的增加会减缓金属的阳极溶解过程，因而铝含量较高的Zn-46Al伪合金涂层具有较好的耐盐雾和全浸腐蚀性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2钢铁材料在海洋环境中的腐蚀与防护

1.2.1海洋各区带的环境条件及腐蚀特点

1.2.2钢铁材料海洋腐蚀的常用防护措施

1.3 Zn-Al海洋防腐蚀涂层的热喷涂制备技术

1.3.1火焰喷涂Zn-Al涂层制备技术

1.3.2电弧喷涂Zn-Al涂层制备技术

1.3.3热喷涂防腐蚀涂层制备工艺的优化

1.4 Zn-Al海洋防腐涂层的涂层体系和腐蚀机理

1.4.1 Zn涂层和Al涂层

1.4.2 Zn-Al涂层

1.4.3 Zn-Al-Mg涂层和Zn-Al-Mg-Re涂层

1.4.4 Zn-Al复合涂层

1.5本文的研究目的及研究内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

第二章 Zn-Al伪合金涂层的制备、评价与腐蚀试验方法

2.1 Zn-Al伪合金涂层的试验材料与涂层制备

2.1.1试验材料

2.1.2涂层的制备

2.2 Zn-Al伪合金涂层的组织和性能评价

2.2.1涂层外观和孔隙率测定

2.2.2涂层显微组织观察

2.2.3涂层物相和成分分析

2.3 Zn-Al伪合金涂层的电化学性能测试

2.4 Zn-Al伪合金涂层的耐蚀性试验

2.4.1中性盐雾腐蚀试验

2.4.2飞溅腐蚀试验

2.4.3全浸腐蚀试验

2.5 Zn-Al伪合金涂层腐蚀试验结果的分析

2.5.1腐蚀形貌观察

2.5.2腐蚀产物分析

第三章基于BP人工神经网络的电弧喷涂工艺参数优化

3.1 BP人工神经网络模型的原理

3.1.1 BP网络结构

3.1.2 BP网络学习算法

3.2 BP人工神经网络模型的建立

3.2.1模型样本数据的归一化处理

3.2.2 BP神经网络结构的确定

3.2.3 BP神经网络训练函数的确定

3.2.4 BP神经网络隐层节点数的确定

3.2.5 BP神经网络的训练与检验

3.3工艺参数对涂层质量影响的预测及试验验证

3.3.1喷涂距离对涂层质量的影响

3.3.2喷涂电流对涂层质量的影响

3.3.3喷涂电压对涂层质量的影响

3.4本章小结

第四章 Zn-Al伪合金涂层的组织研究

4.1 Zn-Al伪合金涂层的组织观察

4.1.1外观形貌

4.1.2显微形貌

4.2 Zn-Al伪合金涂层的相组成

4.3 Zn-Al伪合金涂层的化学成分

4.3.1 Zn-14Al

4.3.2 Zn-27Al

4.3.3 Zn-46Al

4.3.4 Zn-15Al

4.4本章小结

第五章 Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的耐蚀性能研究

5.1 Zn-Al伪合金涂层的耐腐蚀性能

5.1.1耐飞溅腐蚀性能

5.1.2耐盐雾腐蚀性能

5.1.3耐全浸腐蚀性能

5.2 Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀机理

5.2.1涂层的电化学特性

5.2.2腐蚀产物对腐蚀性能的影响

5.2.3腐蚀环境对腐蚀性能的影响

5.2.4涂层的腐蚀机理探讨

5.3本章小结

结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢