超音速火焰喷涂镍基合金层的腐蚀失效过程

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1、万方数据第26卷第1期焊接学报v。1．26N。．1205年1月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJanuary2O5超音速火焰喷涂镍基合金层的腐蚀失效过程赵卫民1”，王勇2，薛锦1，吴开源2(1．西安交通大学材料科学与工程学院，西安710049；2．石油大学机电工程学院，山东东营257061)摘要：采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在低碳钢表面制备NicrBSi合金涂层，利用交流阻抗法(EIs)研究镍基合金层在3．5％Nacl溶液中的腐蚀失效过程。由于喷涂层中存在气体，介质与基底接触前喷涂层的电极电位高于同种材料堆焊层的电

2、位。涂层浸泡初期，孔隙等缺陷的存在破坏了涂层金属表面吸附层的完整性。随着腐蚀介质在涂层中进行渗透，腐蚀集中在孔隙等局部区域进行。最后，介质通过涂层渗达涂层／基底界面，碳钢作阳极遭受腐蚀。涂层的耐蚀性在浸泡初期急剧降低，后因腐蚀产物阻塞孔隙等腐蚀通道而有所上升。腐蚀介质接触碳钢基底后，复合电极的耐蚀性继续下降。关键词：镍基合金；金属涂层；电化学阻抗谱；腐蚀；超音速火焰喷涂中图分类号：TGl74．442文献标识码：A文章编号：舵53—360x(20晒)01—41一c15赵卫民O序言随着超音速火焰喷涂(Hi曲velocityoxyfuel，HVOF)设备和工艺的不断发展，有

3、望生产出耐蚀性接近锻造金属的高质量金属涂层⋯，因此有必要研，究金属喷涂层在水介质环境中的耐蚀性以及腐蚀失效过程。利用腐蚀浸泡试验和极化曲线测试等方法只能停留在腐蚀规律的发现及一般试验现象的解释上，对腐蚀的失效过程则只能借助于其它研究手段进行推断。电化学阻抗谱(E1ectrochemicalimped—ancespectroscope，EIS)是研究电极界面电化学特性、揭示腐蚀机理的有效手段，近年来在涂层研究中得到应用。不过，研究工作大多围绕有机涂层、陶瓷涂层或金属陶瓷涂层展开，EIS技术在研究金属涂层方面应用不多，特别是针对阴极性涂层的研究极为不足。根据目前掌握的资料

4、，尚无人利用EIs技术对金属涂层的腐蚀失效过程进行测试和解译。作者采用HVOF在碳钢表面制备NicrBSi耐蚀涂层，利用EIs技术测量涂层一碳钢复合电极在3．5％NaCl水溶液中腐蚀电位和EIS谱随时间的变化情况，研究喷涂层腐蚀失效过程，建立腐蚀体系的物理模型，分析电化学反应界面随腐蚀时间的延长而变化的规律。1试验材料和方法基体选用Q235钢，尺寸为45mm×30mm×收稿日期：2004一叭一075mm。喷涂材料的化学成分(质量分数，％)为5．5Cr、1．5B、6．OSi、3．5Fe、少于1％的C，余量为Ni，粒径50～76¨m。碳钢试样首先经丙酮清洗去油和喷砂处理，

5、然后采用cH一2000型HVOF系统制备涂层。喷涂参数的氧气工作压力为0．55MPa，流量为482．5L／IIlin；丙烷工作压力为0．35MPa，流量为33．9L／min；氮气的工作压力为O．4MPa，流量为22L／min；喷涂距离固定在200mm。涂层厚度为O．5mm左右。待测表面用水砂纸由粗到细打磨到800目，抛光，去离子水冲洗干净后丙酮脱脂，干燥后备用。采用经典三电极体系，以铂铑合金为辅助电极，饱和A∥Agcl电极为参比电极。腐蚀介质为3．5％NaCl水溶液，用恒温水浴控制在30℃±1℃。试样暴露面积lcm2。EIs测量采用M283恒电位仪与M1025频率响应

6、仪(PARC产品)，用Powersuite软件进行数据采集。EIS在开路下测试完成，电位振幅为10mV。浸泡初期频率范围100kHz～5MHz，中后期频率扫描范围100kHz一1MHz。通过zsimpwinversion2．00软件进行图谱分析和等效电路拟合。2试验结果与分析2．1涂层电极的腐蚀电位变化特点将覆盖在碳钢基底上的镍基涂层与3．5％Nacl溶液接触，其腐蚀电位随时间的变化情况见图1。万方数据42焊接学报第26卷电极电位与腐蚀介质接触初期迅速下降，在一350mV左右趋于平缓，随后随时间延长进一步下降。一200；三一250、一300囟J爿一350脚_400西毽

7、_450—500时间￡／h图1NiCrBSi涂层包覆钢在3．5％NacI溶液中腐蚀电位随时间的变化关系Fjg．1ReIatjonshipofcorrosjonpotential0fsteeI∞atedbyNiCrBSi∞atingjn3．5％NaClsOIutionwithtime喷涂层接触腐蚀介质初期的腐蚀电位高于同种材料堆焊层的电位(相同条件下7次测试结果在一337～一354mV之间)，分析是涂层内存在大量气体引起的。文献[2]研究喷涂层动态残余应力时，通过甘油扩散气体搜集试验证实涂层中确实含有大量来自喷涂燃流的气体。气体对金属／介质界面双电层结