冷噴涂鋁合金涂層的微觀結(jié)構(gòu)與腐蝕行為研究

發(fā)布時間：2020-10-10 23:29

　　不銹鋼因其優(yōu)異的力學及耐腐蝕性能被大量應用于各種工業(yè)領(lǐng)域,如艦船、汽車、航空航天、海上油氣平臺等。腐蝕是不銹鋼應用中不可忽視的問題。不銹鋼的腐蝕保護方法主要包括陰極保護、有機涂層、金屬涂層等,其中鋁合金涂層是一種常見的犧牲陽極涂層,其均勻致密的特點不僅可以為基體提供良好的物理屏蔽防護,而且還可以作為犧牲陽極為不銹鋼基體提供陰極保護。傳統(tǒng)的鋁合金涂層制備常選用熱噴涂技術(shù),其原理是利用某種熱源將制備涂層的原料加熱到熔融或半熔融狀態(tài),探后借助焰流本身的動力或外加的高速氣流霧化并以一定的速度噴射到基體表面,從而形成涂層。冷噴涂技術(shù)基于空氣動力學,采用高壓氣源將固態(tài)粒子加速至極高的速度撞擊基板,從而沉積形成涂層。因其噴涂溫度較低,與傳統(tǒng)熱噴涂技術(shù)相比,冷噴涂技術(shù)在噴涂過程中避免了氧化、相變、燒損等現(xiàn)象。此外,冷噴涂技術(shù)對基體熱影響也較小。本文使用高壓冷噴涂技術(shù)分別在鋁合金和不銹鋼基體表面制備冷噴涂鋁涂層,運用掃描電子顯微鏡觀察冷噴涂鋁涂層的微觀形貌,使用電化學測試方法研究冷噴涂鋁涂層的腐蝕行為,使用中性鹽霧試驗評價冷噴涂鋁涂層的耐腐蝕行為。對冷噴涂鋁涂層的微觀形貌觀察發(fā)現(xiàn),鋁合金和不銹鋼表面涂層厚度分別為948.6μm、950.1μm,涂層均勻、致密,無貫穿的孔隙或裂紋,界面結(jié)合緊密。XRD結(jié)果顯示鋁合金涂層中均沒有明顯的氧化物峰。對兩涂層的顯微硬度測試表明,冷噴涂鋁涂層的顯微硬度要稍微低于塊體鋁合金,但整體與塊體鋁合金相當。電化學測試結(jié)果表明,在3.5 wt.%NaC1和醋酸溶液中,冷噴涂鋁涂層與基體表現(xiàn)出相似的電化學特征,冷噴涂涂層與塊體鋁合金耐蝕性相當。選用10wt.%、30wt.%、50wt.%、70 wt.%、90 wt.%的醋酸溶液進行電化學測試,研究醋酸濃度對涂層耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明,涂層10 wt.%和50 wt.%醋酸溶液中耐腐蝕性能較高,腐蝕電流密度分別為3.959×10-6A/cm2、7.418×10-6 A/cm2。選用 25℃、40℃、70℃、100℃的醋酸溶液進行電化學測試,分析醋酸溫度對涂層腐蝕行為的影響。結(jié)果表明,隨著溫度升高,涂層的腐蝕電流密度升高,電流密度在70℃時達到峰值,為1.022×10-4A/cm2。不銹鋼在醋酸溶液中的電化學測試結(jié)果顯示,隨著溫度升高,不銹鋼在極化曲線中的鈍化區(qū)消失,鈍化能力喪失,當溫度由25℃升高至100℃時,腐蝕電流密度由1.811×10-7A/cm2上升至1.416×10-5A/cm2。因此,認為不銹鋼基體在高溫醋酸環(huán)境中基本不耐蝕,醋酸溫度對不銹鋼基體的腐蝕有著劇烈的影響。為研究冷噴涂涂層對基體的長效防護能力,在3.5 wt.%NaC1溶液中進行了為期90天的浸泡實驗,結(jié)果表明冷噴涂鋁涂層可以為鋁合金和不銹鋼基體提供長期有效的屏障式防護。90wt.%醋酸溶液的長時間浸泡實驗表明,隨著浸泡時間增加,試樣耐蝕性急速下降,在浸泡7天后己經(jīng)嚴重腐蝕,冷噴涂鋁涂層和A11050不適合在高濃度醋酸下服役。中性鹽霧試驗結(jié)果表明冷噴涂鋁涂層在經(jīng)歷了 1000h的中性鹽霧試驗之后,并沒有出現(xiàn)破損和貫穿涂層到達基體的裂紋等缺陷,依然保持較好的防護性能,這說明在大氣腐蝕環(huán)境下可以為基體提供優(yōu)良的腐蝕防護。對冷噴涂鋁涂層和基體在3.5 wt.%NaC1溶液以及90 wt.%醋酸溶液中的電偶腐蝕行為進行研究,分別討論了溶液流速、陰陽極面積比對電偶電流密度的影響。結(jié)果表明,在冷噴涂鋁涂層/不銹鋼電偶對中,涂層為陽極,不銹鋼基體為陰極,涂層可為基體提供犧牲陽極保護。冷噴涂鋁涂層/鋁合金基體電偶對的電偶腐蝕對溶液流速的變化極為敏感,電偶電流密度隨溶液流速增大而增大。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：