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《集美大学》 2015年
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针对飞溅区腐蚀防护的冷喷涂涂层制备及性能研究

朱海彬  
【摘要】:海洋环境是极其恶劣的,主要对海上钢结构构筑物(如舰船、海洋平台、港工设施等)产生严重腐蚀,尤其是飞溅区的腐蚀最为严重。目前海洋防腐蚀措施中采用金属涂层是最为有效的手段,较为常用的是Al及Al-Zn涂层,该类涂层在海洋环境下能够达到将腐蚀介质与基体隔离作用,并且能作为一种阳极涂层来保护钢材不受侵蚀,因此具有着广阔的应用前景。本文采用CFD软件优化喷嘴尺寸参数,通过优化确定喷嘴喉部直径为4mm,扩张段长度为70mm,在选择不同出口直径的计算对比发现,当出口直径为8mm,扩张比为4时,气流速度达到最优,喷嘴内及外部气流速度平稳,无明显的激波产生。计算结果表明:喷嘴扩张长度段越长,粒子到达出口时的速度越大,并能在一定程度上限制粒子的发散程度。本研究中,通过冷喷涂制备了Al、Al-Zn、Al-Al2O3、Al-Zn-Al2O3不同成分的涂层。研究表明,选择粒度较小的粉末所制备的涂层致密度更高,粒子发生的变形程度更剧烈,涂层表面具有相对较低的粗糙度;对冷喷涂Al-Zn复合涂层而言,在涂层中掺入的Zn含量比例愈大,涂层表面更平整,厚度更均匀,孔隙率更低。结果还表明,掺入Zn会提高涂层的硬度,但随着粉末中Zn比例的增加,粉末粒子的沉积效率却明显降低;当掺入一定比例的Al2O3颗粒,Al颗粒产生了更充分的变形,但是涂层中出现少量Al2O3颗粒破碎情况,从涂层的整体来看,除了Al2O3颗粒造成的缺陷外,涂层孔隙率较低。通过金相显微镜观察腐蚀后的涂层,结果表明:三种涂层表面均发生了不同程度严重腐蚀,冷喷涂Al涂层有效地隔离了腐蚀介质渗透到涂层与基体交界处,冷喷涂Al-50%Zn涂层发生腐蚀的区域集中在涂层表面,基体处仍完好无损,而冷喷涂Al-50%Al2O3涂层发生腐蚀的区域较多。从涂层的腐蚀电位变化结果表明,冷喷涂Al-50%Zn涂层的腐蚀电位最为稳定。冷喷涂Al及Al-Al2O3涂层的电位变化趋势基本相同,在较长的时间内均存在一定的波动。极化曲线的研究表明,涂层的初始自腐蚀电流密度较大,随着浸泡时间的延长逐渐减小,其中冷喷涂Al-50%Zn涂层的腐蚀电流最大,同时涂层出现钝化现象的时间较早,有可能是Zn发生了快速地腐蚀行为,腐蚀产物的覆盖减缓了腐蚀进行速度;浸泡后期,冷喷涂Al-50%Al2O3涂层的自腐蚀电流最大,表明腐蚀介质穿透腐蚀产物进入到涂层内部发生了快速腐蚀。从涂层的电化学阻抗谱特征曲线来看,冷喷涂涂层的腐蚀过程中存在传质现象,Al-50%Zn涂层具有更为稳定的耐腐蚀性能,整体的腐蚀防护效果较佳。
【学位授予单位】:集美大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG174.4

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