高铝锌基合金涂层的耐蚀机理研究

发布时间：2020-08-10 10:34

【摘要】：Zn-15Al合金由于结合了锌的牺牲阳极作用和铝良好的耐蚀性,具有良好的电化学保护作用和优异的耐盐雾腐蚀性能,因而在钢铁材料的腐蚀保护中应用广泛。但是Zn-15Al合金涂层长期在高温、高湿、高盐雾等恶劣条件下服役会导致其耐蚀性能减弱,服役寿命明显降低。因此,开发新型的Zn-Al合金材料,深入研究涂层的耐蚀机理,对延长涂层的服役寿命及降低使用成本具有很重要的意义。本文采用电弧喷涂方法制备Zn-15Al和Zn-50Al合金涂层,热浸镀方法制备Zn-50Al-1Si,Zn-50Al-1Si-0.05RE和Zn-50Al-1Si-0.05RE-0.7Mg合金镀层。通过盐雾腐蚀和电化学方法测试不同合金层的耐蚀性能,并深入探究其耐蚀机理。根据电化学试验测试得到的极化曲线及腐蚀电流密度等进行当量折算系数的计算。研究结果表明:热喷涂锌铝合金涂层外表光滑平坦,没有出现细纹、鼓包等缺陷,相对来说Zn-50Al合金涂层颜色更亮,表面缺陷更少。两种涂层的微观组织结构均匀致密,呈片状结构覆盖在基体表面,能有效提高涂层物理屏蔽效果。在盐雾气氛中,Zn-15Al的腐蚀机制主要是锌的腐蚀产物的自封闭效果,而Zn-50Al的腐蚀机制主要是铝氧化物的屏蔽效果。随着涂层中铝含量的增加,极化电位正移,腐蚀倾向减小。Zn-50Al-1Si,Zn-50Al-1Si-0.05RE和Zn-50Al-1Si-0.05RE-0.7Mg三种合金镀层比较后发现,添加RE和Mg后,合金镀层具有更细小致密的显微结构,能够减缓阴极溶解氧的还原反应,阻碍氧化锌的形成,从而抑制氧的还原,提高腐蚀产物中锌和氧化铝的含量,并大大提高了其抗蚀能力。三种合金镀层都能为基体阴极保护提供足够的驱动力,但Zn-50Al-1Si-0.05RE-0.7Mg合金镀层具有最高的极化电位,可以提供更长效的保护。Zn-15Al和Zn-50Al合金涂层以及Zn-50Al-1Si,Zn-50Al-1Si-0.05RE和Zn-50Al-1Si-0.05RE-0.7Mg合金镀层的腐蚀电位均随NaCl溶液浓度的升高而降低,其中锌铝合金镀层的腐蚀电位相对稳定,集中在区间-1.00V至-1.02V(vs.SCE)受NaCl溶液浓度影响较小。根据当量折算法,得到五种合金层在不同浓度NaCl溶液与水介质的折算关系,为试验室加速环境谱的编制提供了依据。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

海洋环境,重防腐涂料

图 1. 1 海洋环境不同区域的腐蚀倾向结构件的主要防护措施面会显著降低材料的使用性能、缩短材料的使用寿命，更重要度而突然失效，这种不可预测的失效往往导致灾难性事故的发海洋生态环境破坏都是十分巨大的。正是由于海洋环境的特殊物的建设和维修要困难的多。因此，为了保证安全的前提下还设施的设计寿命至少在 30-40 年，甚至更多的达到 50-70 年。应用环境，大多采用强度高、塑性大、成本低廉的碳钢和低合料。自从海洋工程出现以来，人们为保证这些大型海上钢结构件效的防腐蚀措施。目前来看，主要有以下几种[4]：涂层。主要有重防腐涂料、防锈涂料、防污涂料等。是海洋防。通过调整金属材料的化学元素，组织结构及相组成等显著改环境来选择材料，不同的材料适用于不同的腐蚀环境，可以有

示意图,涂层,抗拉强度,示意图

对每张 SEM 图的 5 个不蚀前后表面和截面的成分变化。参数：工作管电压 40 kV，工作10-90 。拉伸试验测试涂层的结合强度。的规格，然后将试样有涂层面与氧树脂的粘结力。将处理好的试。根据如下公式计算涂层的结合 = 合强度，单位为 MPa；P 表示位为 mm2。每个试样分别测试 5

电化学实验,电化学腐蚀

图 2. 2 电化学实验装置示意图量折算法洋建筑物的合金涂层防腐蚀性能研究时，一般通过加速腐蚀试验使实验试样在短蚀效果和在海洋长期服役达到的效果近似一致。在明确好实验室加速模拟环境的采用当量折算法、腐蚀程度对比法和疲劳寿命对比法可以得到当量关系[52-54]。本当量折算法的原理是依靠金属电化学腐蚀规律，根据腐蚀电流的多少判断腐蚀破，累积的电量确定给定时间内的腐蚀效果，在确定实验模拟环境和真实海洋环境系时，应让试样获得同等效果的腐蚀损伤，也就是说在电化学腐蚀中腐蚀电量保电化学腐蚀时，电荷的移动与腐蚀物质的产生量存在着紧密的联系，在数量上可关系[56]，其关系符合法拉第定律，以电量 Q 作为腐蚀量的变量，则有Id FQtc 01 IC为不同环境下的电流；t 为环境作用时间。一个金属试样设其在室内加速试验

【参考文献】