冷喷涂铝合金涂层的微观结构与腐蚀行为研究

发布时间：2020-10-10 23:29

　　不锈钢因其优异的力学及耐腐蚀性能被大量应用于各种工业领域,如舰船、汽车、航空航天、海上油气平台等。腐蚀是不锈钢应用中不可忽视的问题。不锈钢的腐蚀保护方法主要包括阴极保护、有机涂层、金属涂层等,其中铝合金涂层是一种常见的牺牲阳极涂层,其均匀致密的特点不仅可以为基体提供良好的物理屏蔽防护,而且还可以作为牺牲阳极为不锈钢基体提供阴极保护。传统的铝合金涂层制备常选用热喷涂技术,其原理是利用某种热源将制备涂层的原料加热到熔融或半熔融状态,探后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到基体表面,从而形成涂层。冷喷涂技术基于空气动力学,采用高压气源将固态粒子加速至极高的速度撞击基板,从而沉积形成涂层。因其喷涂温度较低,与传统热喷涂技术相比,冷喷涂技术在喷涂过程中避免了氧化、相变、烧损等现象。此外,冷喷涂技术对基体热影响也较小。本文使用高压冷喷涂技术分别在铝合金和不锈钢基体表面制备冷喷涂铝涂层,运用扫描电子显微镜观察冷喷涂铝涂层的微观形貌,使用电化学测试方法研究冷喷涂铝涂层的腐蚀行为,使用中性盐雾试验评价冷喷涂铝涂层的耐腐蚀行为。对冷喷涂铝涂层的微观形貌观察发现,铝合金和不锈钢表面涂层厚度分别为948.6μm、950.1μm,涂层均匀、致密,无贯穿的孔隙或裂纹,界面结合紧密。XRD结果显示铝合金涂层中均没有明显的氧化物峰。对两涂层的显微硬度测试表明,冷喷涂铝涂层的显微硬度要稍微低于块体铝合金,但整体与块体铝合金相当。电化学测试结果表明,在3.5 wt.%NaC1和醋酸溶液中,冷喷涂铝涂层与基体表现出相似的电化学特征,冷喷涂涂层与块体铝合金耐蚀性相当。选用10wt.%、30wt.%、50wt.%、70 wt.%、90 wt.%的醋酸溶液进行电化学测试,研究醋酸浓度对涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层10 wt.%和50 wt.%醋酸溶液中耐腐蚀性能较高,腐蚀电流密度分别为3.959×10-6A/cm2、7.418×10-6 A/cm2。选用 25℃、40℃、70℃、100℃的醋酸溶液进行电化学测试,分析醋酸温度对涂层腐蚀行为的影响。结果表明,随着温度升高,涂层的腐蚀电流密度升高,电流密度在70℃时达到峰值,为1.022×10-4A/cm2。不锈钢在醋酸溶液中的电化学测试结果显示,随着温度升高,不锈钢在极化曲线中的钝化区消失,钝化能力丧失,当温度由25℃升高至100℃时,腐蚀电流密度由1.811×10-7A/cm2上升至1.416×10-5A/cm2。因此,认为不锈钢基体在高温醋酸环境中基本不耐蚀,醋酸温度对不锈钢基体的腐蚀有着剧烈的影响。为研究冷喷涂涂层对基体的长效防护能力,在3.5 wt.%NaC1溶液中进行了为期90天的浸泡实验,结果表明冷喷涂铝涂层可以为铝合金和不锈钢基体提供长期有效的屏障式防护。90wt.%醋酸溶液的长时间浸泡实验表明,随着浸泡时间增加,试样耐蚀性急速下降,在浸泡7天后己经严重腐蚀,冷喷涂铝涂层和A11050不适合在高浓度醋酸下服役。中性盐雾试验结果表明冷喷涂铝涂层在经历了 1000h的中性盐雾试验之后,并没有出现破损和贯穿涂层到达基体的裂纹等缺陷,依然保持较好的防护性能,这说明在大气腐蚀环境下可以为基体提供优良的腐蚀防护。对冷喷涂铝涂层和基体在3.5 wt.%NaC1溶液以及90 wt.%醋酸溶液中的电偶腐蚀行为进行研究,分别讨论了溶液流速、阴阳极面积比对电偶电流密度的影响。结果表明,在冷喷涂铝涂层/不锈钢电偶对中,涂层为阳极,不锈钢基体为阴极,涂层可为基体提供牺牲阳极保护。冷喷涂铝涂层/铝合金基体电偶对的电偶腐蚀对溶液流速的变化极为敏感,电偶电流密度随溶液流速增大而增大。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：