电弧喷涂金属涂层耐海水冲蚀性能研究

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1、摘要为了加速海洋资源的开发，人类在海洋中建造了无数固定与活动的海上构筑物。暴露于海洋环境中的钢构造物，腐蚀最严重的区域是浪花飞溅区，其主要的失效形式之一是冲刷腐蚀。为了得到性能优异的防腐涂层，研究防腐涂层的冲刷腐蚀性能对新型涂层制备有重大意义。本文模拟浪花飞溅区的环境特点，设计并制造了一台旋转喷射式冲蚀试验机。该试验机可分为旋转控制系统、试样装夹和固定支撑系统、液(液固)体循环喷射系统、温度控制系统和电化学测试系统五大部分。试验机可实现冲击速度、冲击频率、溶液温度、冲击角度、冲击距离、悬挂试样数量可控，可比较不同材料的抗冲蚀性能，且通过电

2、化学腐蚀测试监测材料冲蚀失效过程中的腐蚀分量，从而分析各因素的影响。试验机浆料流量和浓度稳定，平行试样的数据重现性良好。利用电弧喷涂设备，在碳钢基体表面制备了铝、钛、铝钛、铝锌和铝青铜五种涂层试样，在上述自制的冲蚀试验机上进行了冲蚀试验，研究了不同涂层的耐冲蚀性能。结果发现，铝钛、铝锌涂层保护效果较好，铝涂层保护效果居中，钛和铝青铜涂层的保护效果差。对于硬脆的钛涂层，涂层冲蚀后即产生裂纹；对于硬度低，塑性好的铝涂层，涂层冲蚀后产生鼓泡和花蕾状破坏；对于塑韧性较好的铝钛涂层，冲蚀后产生蜂窝和海绵状的破坏结构。冲击速度和冲击频率对涂层的冲蚀失

3、效机制有重要影响。研究发现，当低流速、低冲击频率时，即冲击速度4m／s，冲击频率为1／6Hz，涂层主要以腐蚀为主；当增加冲击频率时，即冲击频率为1／3Hz，涂层以腐蚀和流体冲刷为主；进一步增加冲击流速和冲击频率，即冲击速度为8m／s，冲击频率为1Hz，涂层产生了空蚀，主要以力学作用为主，腐蚀为辅。在进行冲蚀试验的过程中，采用电化学方法监测了涂层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的变化。试验发现，冲击频率升高，其产生的剪切力能破坏钝化膜，使电位降低；对于牺牲阳极为主的涂层，能加速腐蚀，电位稍微正移。温度升高，可以增加离子和带电体的活性，促进扩散，使

4、得钝化涂层电位降低，但对牺牲阳极型涂层影响很小。在低冲击频率下，流体冲击速度升高使涂层钝化容易，电位升高。经线性极化分析得知，冲蚀能增大腐蚀电流，对腐蚀有加速作用。对于腐蚀占比例较大的涂层，只要冲蚀机制不改变，涂层腐蚀电流基本不变，但其对冲蚀变化敏感。随冲蚀时间延长，铝钛涂层腐蚀电流略微升高，但增加冲击频率时，其腐蚀电流变化很小，对冲蚀变化不敏感。关键词：冲蚀试验机，浪花飞溅区，电弧喷涂，金属涂层，空蚀StudyontheResistanceofArcSprayMetalCoatingstoErosioninSplashZoneWeiJi

5、nxin(MaterialScienceandEngineering)DirectedbyProf．WangYongAbstractInordertoacceleratetheexplorationofoceanresource，thehumanbuildlotsofimmovableandmovablestructuresinthesea．Theironstructuresexposingintheoceanenvironmentareseverelycorrodedinsplashzone．Inthiszone，themostprim

6、aryfailureformsiserosion·corrosion．So，studyingcoatings’resistancetoerosion-corrosionismeaningfultocreatinghi班performancecoatingsinsplashzone．Thispaperinventarotate-jettestmachineonslurryerosion—corrosiontosimulatestheenvironmentofsplashzone．Thismachineincludefivesystemssu

7、chasrotatecontrollingsystem，samplefixingsystem，liquid(1iquid-soild)jetsystem，temperaturecontrollingsystem，electrochemicalsystem．Theparameterswhichincludeimpactvelocity，impactfrequency,impactdistance，temperature，samplenumbersarevariable．ItCancomparetheresistancetoerosionbe

8、tweendifferentmaterialsandanalyzecorrosionfactorduringerosion—corrosionbyelectrochemicaldetectin