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锌镍涂层的喷涂制备工艺与腐蚀行为研究

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摘要

锌镍合金具有高耐蚀性、低氢脆性、可焊性和机械加工性等优良特性,特别适合于高强度钢零件的表面防护,不仅可以为基体提供良好的屏蔽保护,还可以起到阴极保护作用。目前一般多采用电沉积技术制备锌镍合金镀层,大量研究结果显示,锌镍合金镀层的耐蚀性优于纯锌镀层。但做为电镀工艺来讲,其自身也存在一定缺陷:一是镀层不能太厚,一般在十几个微米左右;二是镀液对环境造成极大污染。与电镀相比,用喷涂工艺制备锌镍合金涂层有着工艺简单、节约材料以及对环境污染小等优点,而且可以提高涂层的厚度,达到长效保护。但是有关喷涂工艺制备高镍含量锌镍合金涂层的研究还很少,主要困难是由于镍的熔点远远高于锌的熔点,而且镍含量越高,合金的脆性和熔点越大,使得符合喷涂条件的高镍含量合金丝和合金粉难以制备。
　　 为了得到成分均匀的高镍含量锌镍合金涂层,本文采用机械合金化技术进行合金粉末制备,但是该技术所制得的合金粉末粒度会不可避免地发生细化,粉末活性很高,并不适合直接用于热喷涂。因此,本文对锌镍涂层的研究提出了两种思路:一是选择工艺简单且制造成本低廉的氧乙炔火焰喷涂工艺制备锌镍复合涂层,判断锌镍复合涂层是否同样具有较好耐蚀性;二是用机械合金化工艺制备锌镍合金粉末,并在此基础上用冷喷涂工艺制备合金涂层,判断球磨后合金粉末是否能达到冷喷涂要求,并研究涂层的耐蚀性。
　　 通过动电位极化和电化学交流阻抗测试,并结合SEM、EDS和XRD分析,研究不同镍含量锌镍涂层在海水介质中的耐蚀性,并对两种工艺条件下的涂层防护性能和腐蚀机理进行对比。结果表明:(1)热喷涂锌镍复合涂层厚度可达300μm以上,能起到长效防护的作用。(2)用机械合金化工艺对锌镍混合粉末进行12小时的高能球磨,部分粉末已经实现合金化,并且粉末在冷喷涂过程中,合金化程度可得到进一步提高,但由于粉末粒度过细,涂层厚度只能达到15～19μm。(3)两种喷涂工艺下的涂层在浸泡过程中都是锌首先被腐蚀消耗,生成腐蚀产物附着于涂层表面,并且在产物膜下面形成镍的富集层,延缓了涂层的腐蚀速率。涂层的电位Ecoor都是随着涂层镍含量的增加而增加,镍的加入可以提高涂层的稳定电位,使其腐蚀电动势减小,同时镍可以使阴极反应中氧还原的过电位升高,从而降低腐蚀速率。但是镍含量过高,都会使涂层发生腐蚀微电池作用,产生不利影响。(4)除了共同之处,两种喷涂工艺下涂层的腐蚀行为还存在一些明显差异:热喷涂锌镍复合涂层孔隙较大,腐蚀产物在涂层内部的堆积作用对涂层的耐蚀性产生重大影响,这些腐蚀产物在涂层内外堆积附着,使得腐蚀电流不断减小;冷喷涂锌镍合金涂层结构致密,而且合金相中的镍可以起到稳定Zn(OH)2,抑制其向ZnO转化的作用,所以冷喷涂涂层在腐蚀形貌上较热喷涂涂层要更加均匀致密。(5)热喷涂锌镍复合涂层的耐蚀性以镍含量20wt％为最佳,其电流Icorr稳定值在1.24～1.87μA/cm2之间,电位Ecorr稳定在-0.98～0.95V之间;冷喷涂锌镍合金涂层的耐蚀性以镍含量15wt%为最佳,其电流Icorr稳定值在0.64～0.96μA/cm2之间,电位Ecorr稳定值在-0.86～0.84V之间。两种工艺条件下的锌镍涂层均满足对钢基体的阴极保护要求,但冷喷涂涂层的耐蚀性要优于热喷涂涂层。

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