电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层耐腐蚀性能研究进展

通过在钢基体表面制备涂层可以很好地延长钢铁材料的服役时间,减少因腐蚀造成的重大事故和人员伤亡。相较于传统的纯Zn涂层、纯Al涂层以及Zn-Al合金涂层,Zn-Al伪合金涂层能够为基体材料提供长久有效的腐蚀防护,在钢铁材料的腐蚀防护中具有巨大的应用潜力。简述了Zn-Al伪合金涂层电弧喷涂制备工艺的特点;介绍了Zn、Al、Zn-Al合金及Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀防护原理;在此基础上从组分、喷涂工艺参数(喷涂距离、喷涂电流和喷涂电压)、元素掺杂(Mg、Si及Re)及后处理工艺(封孔、激光重熔)等角度,论述了其对Zn-Al伪合金涂层耐蚀性的影响;讨论了Zn-Al伪合金涂层防腐体系在桥梁、海洋钢结构件、地下运输管道中的应用现状;最后总结了目前研究工作中存在的挑战,提出了电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层尚需深入研究的重点问题,为提高钢铁材料使用寿命提供了参考。

烧结NdFeB磁体表面Zn-Al/T8超疏水复合涂层的显微组织及耐蚀性

为提升烧结NdFeB磁体的耐蚀性,采用旋涂法和等离子体增强化学气相沉积技术在其表面制备Zn-Al/T8(2-全氟辛基乙基丙烯酸酯)超疏水复合涂层。结果表明,Zn-Al涂层主要由片层状的Zn和Al相组成,厚度大约为28μm。Zn-Al/T8复合涂层的接触角达到151.78°,而滚动角仅为5.13°,说明Zn-Al/T8复合涂层可提供一个超疏水表面。Zn-Al涂层和Zn-Al/T8复合涂层对烧结NdFeB的磁性能均无显著影响。Zn-Al涂层通过牺牲阳极来提高NdFeB磁体的耐蚀性,而Zn-Al/T8复合涂层通过超疏水表面进一步提升耐蚀性。Zn-Al/T8复合涂层较Zn-Al涂层具有更好的耐盐雾性能。Zn-Al/T8超疏水复合涂层是一种非常有前途的烧结NdFeB磁体保护涂层。

FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响

目的研究不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层对Al/Mg双金属组织和力学性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层,采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属,利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成,断裂位置主要位于金属间化合物层,裂纹从Al_(3)Mg_(2)扩展至共晶层结束,具有典型的脆性断裂特征,剪切强度仅为30.37MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时,Al/Mg双金属形成了Al_(3)Mg_(2)+Mg_(2)Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni混合相/δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的复杂界面,断裂发生在高熵合金层与δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的交界处,断裂面产生了一定程度的塑性变形,剪切强度为48.46MPa,相对于无涂层的Al/Mg双金属提高了59.56%。当高熵合金涂层厚度为20μm时,铝侧生成了AlxFeCoNiCrCu高熵合金,镁侧则只生成了少量Mg-Ni-Cu混合相,断裂发生在高熵合金涂层与镁基体交界处,剪切强度为39.69 MPa。结论高熵合金涂层可以有效阻碍Al、Mg元素之间的扩散,从而显著抑制或完全阻止Al-Mg脆性金属间化合物的产生,大幅度降低界面层厚度。金属间化合物的减少和混合相对裂纹扩展的阻碍作用显著提高了Al/Mg双金属界面的剪切强度。

火焰喷涂纯锌和Zn-Al合金涂层的耐腐蚀性能

在6061-T6铝合金表面制备了火焰喷涂纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层,研究了不同涂层的微观形貌、耐中性盐雾腐蚀性能和电化学性能。结果表明:纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层截面结构致密,孔隙率依次降低,与基体呈机械结合;经中性盐雾腐蚀后,纯锌、Zn-15Al合金与Zn-30Al合金涂层的腐蚀质量增加和腐蚀速率依次减小,Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐中性盐雾腐蚀性;在人工海水溶液中,3种涂层的开路电位均低于铝合金基体,可以对基体进行牺牲阳极保护;相比纯锌涂层,Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层的自腐蚀电流密度更小,自腐蚀电位更高,腐蚀速率更小,腐蚀倾向更低;随着浸泡腐蚀时间延长,Zn-15Al合金涂层的耐腐蚀性能无显著变化,Zn-30Al合金涂层的耐腐蚀性能逐渐增强。Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐电化学腐蚀性。

高速电弧喷涂Zn-Al和Zn-Al-Mg-RE涂层在模拟海洋环境中的耐腐蚀性能

采用高速电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了Zn-Al和Zn-Al-Mg-RE涂层,通过全浸泡试验、阻抗谱、动电位极化分析了Zn-Al和Zn-Al-Mg-RE涂层在模拟海洋环境中的耐腐蚀性能。结果表明:在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,Zn-Al和Zn-Al-Mg-RE涂层具有良好的耐腐蚀性能,且Zn-Al-Mg-RE涂层的耐腐蚀性能优于Zn-Al涂层;Zn-Al-Mg-RE涂层中的稀土元素增加了涂层腐蚀时产生的钝化膜的致密性,阻碍涂层被腐蚀介质腐蚀。

电弧喷涂Zn-Al-Mg-RE粉芯丝材及其涂层的制备

在前期研发出Zn-Al-Mg-RE粉芯丝材制备新型防腐涂层技术的基础上,提出了采用Zn-Al合金带材包覆复合粉末的新工艺制造Zn-Al-Mg-RE粉芯丝材,设计制造了Al质量分数分别为2%,5%,8%的系列Zn-Al合金带材,测试了带材的硬度、拉伸强度和伸长率等力学性能指标,并和国外新近研制的Zn-Al合金带材(A220)展开对比;研究粉芯丝材的制造工艺。结果显示,选用的带材中Zn-2Al带和A220带材能够满足粉芯丝材的生产要求。利用研制的粉芯丝材进行电弧喷涂实验,发现这两种丝材的喷涂稳定性都较好,制备的涂层较致密,层状组织特征明显,时间电位曲线显示两种涂层均表现出较强的耐蚀性能,在实验后期,两者的电极电位趋于一致。

富Zn-Al-Mg-Ce合金油漆涂层的盐雾腐蚀性能研究

将研发的Zn-Al-Mg-Ce合金置入甩带机抽真空甩制成箔带,经粉碎制成鳞片状微粉后添加到环氧树脂油漆中制成富Zn-Al-Mg-Ce合金油漆涂层,再进行w(NaCl)为3.0%的水溶液盐雾腐蚀试验。结果表明,富Zn-Al-Mg-Ce合金油漆涂层的阴极保护效果较富Zn油漆涂层提高33倍以上,且涂层耐蚀性较富Zn油漆涂层提高了4.4倍。

Zn-Al冷喷涂复合涂层耐3.5 wt.%NaCl溶液腐蚀行为

利用低压冷喷涂技术在Q235普通碳素钢基体表面沉积不同Al质量分数Zn-Al复合涂层,采用开路电位和极化曲线电化学测试方法,分析了Zn-Al复合涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡的腐蚀电位,阻抗值以及腐蚀电流密度;利用附带能谱仪的扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了其在3.5 wt.%NaCl溶液浸泡1440 h后的涂层组织形貌、特定区域元素分布以及物相变化.研究表明:在3.5 wt.%NaCl溶液中,随着Al质量分数的增加,涂层耐腐蚀性能提高,当Al质量分数大于35%时,涂层耐腐蚀性能更加优越.因为腐蚀过程中Zn元素优先发生腐蚀,易形成稳定性较好的氧化膜,且Al抑制了Zn的活性从而减缓了腐蚀速率,Al质量分数越高,抑制效果越好.Zn-Al复合涂层在3.5 wt.%NaCl溶液的腐蚀机制为均匀腐蚀、点蚀、局部点蚀以及腐蚀产物的自我封闭.

Mg和RE对电弧喷涂Zn-Al合金涂层耐腐蚀性能的影响

为了探究在ZnAl合金涂层中加入Mg、RE元素后对其耐腐蚀性能的影响,采用中性盐雾试验对电弧喷涂ZnAl合金涂层和ZnAlMgRE多元合金涂层进行了耐腐蚀性能研究,通过SEM/EDS和XRD对涂层腐蚀前后的结构和组成进行了分析,采用交流阻抗研究了腐蚀电化学机制。结果表明:Zn Al涂层和Zn Al MgRE涂层孔隙率分别为4.2%和3.6%,后者的孔隙率更低;经不同周期中性盐雾试验后,Zn Al MgRE涂层表面生成难溶的Mg、Al尖晶石型产物,电化学阻抗谱表明其具有更好的耐盐雾腐蚀性能。ZnAl合金中Mg的加入与Al共同使涂层在盐雾试验中形成难溶于水的腐蚀产物,通过阻碍Zn腐蚀产物的流失,最终形成致密的腐蚀产物层,提升自封闭效果;RE元素的加入细化了涂层组织,并使其更加致密。二者共同促使涂层及腐蚀产物层对腐蚀介质向基体中的渗透形成阻碍作用,进而达到更好的耐腐蚀效果。

TiB_(2)纳米涂层改性碳纤维增强Mg基复合材料的微观结构及力学性能

采用新颖的溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法,对M55J连续碳纤维(Cf)表面进行TiB_(2)纳米涂层改性。首先,制备了掺杂五硼酸铵(NH_(4)B_(5)_(O8)的)TiO_(2)溶胶(0.2 mol/L)(Ti与B的物质的量比为1∶2),然后将其均匀涂覆到C_(f)表面。XPS分析表明,经1350℃烧结120 min后,C_(f)表面涂层发生原位反应并生成了TiB_(2)。采用压力浸渗法分别制备了体积分数为40%和50%的Cf增强镁基(C_(f)/Mg)复合材料,其抗弯强度分别达到720 MPa和870 MPa。然而,对比实验表明Mg基体不能浸渗到无涂层的C_(f)预制体中。HRTEM分析表明,厚度为20~30 nm的界面层由TiB_(2)和少量的TiC、TiO_(2)纳米颗粒组成。C_(f)表面的TiB_(2)纳米涂层可以改善C_(f)与Mg基体之间的润湿性,提高C_(f)/Mg复合材料的力学性能。

NdFeB磁体表面环保型Zn-Al涂层的盐雾腐蚀行为

目的 研究NdFeB磁体表面环保型Zn-Al涂层在盐雾环境中的腐蚀行为。方法 采用SEM、XRD、EDS、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱等对Zn-Al涂层的形貌、物相、成分结构进行分析。通过电化学曲线探究Zn-Al涂层在盐雾环境中的腐蚀机理。结果 在NdFeB磁体表面制备的环保型Zn-Al涂层的耐盐雾腐蚀时间不少于1 000 h。在盐雾腐蚀环境中,Zn-Al涂层表面逐渐被白锈覆盖,失去金属光泽,腐蚀至1 126 h时,Zn-Al涂层表面出现红色锈点,涂层微观组织呈蜂窝状结构,并出现微裂纹。腐蚀产物由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O、Al_(9)SiAl_(12)(OH)_(18)(AlO_(4))(Si_(5)O_(16))Cl、Fe_(2)O_(3)和极少量的Zn、Al组成。腐蚀前期,Zn-Al涂层表面的钝化膜、硅烷膜起保护作用;随腐蚀进行,膜层破坏暴露出片状金属粉,金属粉活化,涂层发挥牺牲阳极保护作用;腐蚀后期,腐蚀介质通过涂层微裂纹穿透涂层至磁体,涂层牺牲阳极的保护作用和物理屏蔽保护作用显著减弱,直至失效。结论 环保型Zn-Al涂层可显著提高NdFeB磁体的耐中性盐雾腐蚀性能。

热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究

选取了4种不同Al含量的热喷涂Zn-Al合金丝材,研究了Zn-Al涂层的厚度、微观结构、电化学腐蚀、耐盐雾腐蚀、附着力等性能。结果表明:涂层中Zn和Al微观分布与合金丝材的成分组成基本一致,说明2种元素的沉积效率基本接近100%;随着涂层中Al含量的增加,涂层耐腐蚀性能大幅增加;热喷涂Zn-Al涂层的附着力优于钢结构防腐涂料的附着力。研究结果可以为热喷涂Zn-Al涂层的应用提供参考。

热喷涂Zn-Al合金防腐涂层技术的研究进展

热喷涂Zn-Al合金涂层技术是一项新发展起来的防腐技术。介绍了近年来分别利用火焰喷涂技术和电弧喷涂技术制备Zn-Al合金涂层及其喷涂材料的研究应用现状,分析了涂层的形成及其耐蚀机理,并展望了热喷涂Zn-Al合金涂层技术的发展趋势。

Zn与Al质量比对Mg-Zn-Al三元镁合金铸态组织和凝固行为的影响

研究了Zn与Al质量比对Mg-Zn-Al三元镁合金铸态组织和凝固行为的影响。结果表明:Zn与Al质量比小于2的实验合金主要由α-Mg+Mg32(Al,Zn)49相组成,且随着Zn与Al质量比的增加,实验合金中第二相的数量逐渐减少,同时其分布由连续网状逐渐向断续状转变;Zn与Al质量比大于2的实验合金则主要由α-Mg+Mg32(Al,Zn)49+MgZn相组成,且随着Zn与Al质量比的增加,实验合金中第二相的数量逐渐增加,同时其分布由断续网状逐渐向颗粒弥散状转变;此外,Zn与Al质量比小于2的实验合金的第二相转变开始温度和峰值温度基本上高于Zn与Al质量比大于2的实验合金,从而导致第二相转变过程中不同相变的发生和第二相类型的不同。

Zn-Al涂层腐蚀电化学行为研究

通过电化学交流阻抗谱(EIS)研究了Zn-Al涂层在铜加速醋酸盐雾试验中的腐蚀行为,建立了等效电路模型并分析了相关电化学参数随时间的变化规律。采用扫描电镜及能谱仪分析了涂层腐蚀后的形貌及成分组成,阐释了电化学参数的演变规律。结果表明,盐雾试验中Zn-Al涂层的腐蚀由电化学反应控制逐渐转变为扩散控制,最后进入基体腐蚀阶段。

Zn-Al和Al-RE热喷涂涂层的耐蚀性研究

使用高速电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了Zn-Al和Al-RE涂层。分别研究了Zn-Al和Al-RE两种涂层在铜加速醋酸盐雾实验中的耐蚀性能。通过扫描电子显微镜分析了Zn-Al和Al-RE涂层腐蚀前后的微观组织形貌,结果表明Zn-Al涂层的耐蚀性能优于Al-RE涂层。

Al扩散涂层对AZ91DMg合金耐腐蚀性能的影响

通过磁控溅射Al和真空退火的方法 ,在AZ91DMg合金表面得到Al扩散涂层 .利用XRD衍射和SEM观察表征了表面层的相组成和形貌 ;利用动电位极化测试研究了原始的和经表面处理的AZ91D在 3.5 %NaCl溶液中的腐蚀行为 .结果表明 :经上述表面处理的合金表面层结构为Mg -Al金属间化合物 ,自腐蚀电位提高 ,腐蚀电流密度减小 。

火焰喷涂Zn-Al15涂层的海水腐蚀失效分析

本文研究了Zn-Al15涂层在海水腐蚀后的形貌、组织结构、化学成分及电化学特性。结果表明,Zn-Al15涂层片状共晶组织的选择性溶解是其电化学静特性与Zn涂层相似、动特性与Al涂层相似的根本原因。海水腐蚀初期,涂层的片状共晶组织与残余应力共同作用,引起涂层的应力腐蚀开裂,导致缝隙腐蚀。随后涂层的脆化、腐蚀产物的塞积、膨胀及残余应力等共同作用,使涂层鼓泡,导致涂层局部腐蚀失效。

Zn-Al-[V_(10)O_(28)]^(6-)双层氢氧化物掺杂对LY12铝合金表面溶胶-凝胶涂层性能的影响

采用共沉淀法制备Zn-Al-[V10O28]6-双层氢氧化物(以下简称LDH-V),研究不同添加浓度(0.0、0.25×10-3、0.75×10-3、1.5×10-3、3.0×10-3mol·L-1)的LDH-V对LY12铝合金溶胶-凝胶涂层形貌、耐蚀性的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱研究LDH-V对涂层形貌和结构的影响.运用中性盐雾实验对涂层进行耐蚀性评估.利用电化学方法对涂层在0.05 mol·L-1的NaCl溶液中的腐蚀行为进行研究.探讨加入LDH-V后溶胶-凝胶涂层的耐蚀机理.结果表明,一定量LDH-V的加入不仅可以提高溶胶-凝胶涂层的耐蚀性能,还可对涂层被破坏区域进行自修复,起到延缓铝合金基体腐蚀的作用.然而,当LDH-V的添加溶度超过一定值时,会破坏涂层的完整性并降低涂层的腐蚀防护性能.实验结果表明LDH-V最佳的添加浓度为1.5×10-3mol·L-1.

Zn和Zn-Al合金涂层模拟海洋大气加速腐蚀实验研究

根据西沙地区典型的热带海洋大气环境腐蚀的特点,建立了实验室模拟西沙海洋大气腐蚀的干湿循环交替加速腐蚀方法。通过实验室干湿循环交替加速试验研究,并结合腐蚀动力学特征、腐蚀产物及腐蚀电化学参数分析,探讨了Zn涂层和Zn-Al合金涂层在我国典型热带海洋地区大气暴露实验结果和室内加速腐蚀实验结果的相关性。结果表明:Zn涂层和Zn-Al合金涂层室内外腐蚀实验结果具有较好的相关性,可通过干湿循环交替加速实验模拟两种涂层在西沙海洋大气环境中的腐蚀行为,并对其在该地区的长期暴露试验结果进行一定程度的预测。