分享：電弧噴涂鋅鋁基涂層的組織與耐蝕性

隨著近幾十年來我國電網的架設鋪展,電網設備需要應對的環(huán)境變得愈加復雜和嚴苛。例如我國東部沿海地區(qū)氣候為高溫高濕,同時伴有臺風等惡劣天氣。在長期惡劣大氣環(huán)境影響下,沿海電廠和電力設備關鍵金屬部件將難以避免地發(fā)生磨損和腐蝕現(xiàn)象,嚴重威脅電力系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行[1]。為了提高電力設施的耐磨耐蝕性,保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,國內外研究者在表面防護方面做了大量的研究工作。其中,高分子涂層在電力系統(tǒng)金屬部件上獲得了應用,但是該類涂層較金屬涂層存在很多的缺點：高分子涂層結合強度低,而金屬涂層結合強度是樹脂基涂層的4~8倍；高分子層易老化降解,在高溫和施工時揮發(fā)有毒氣體,金屬涂層則不存在這一缺點[2]。對于金屬涂層而言,其結合強度決定了涂層的使用壽命,如果涂層結合強度偏低,涂層脫落導致的后果非常嚴重。因此,考慮到成本和加工難度,熱噴涂金屬涂層的研究和實際運用逐漸成為人們研究的重點,尤其是電弧噴涂涂層[3]。電弧噴涂涂層的設計應著重滿足以下幾個要求：一是要具備優(yōu)異可靠的耐腐蝕性能,即涂層應具有較高級別的防腐蝕能力；二是涂層與基體應具備較好的結合能力[4],這對于電力設備金屬關鍵部件尺寸精度,結構及性能都至關重要。 

現(xiàn)如今,橋梁、海上設備等很多大型鋼鐵構件已使用熱噴涂純Al涂層進行長效防腐蝕保護,并取得較好的效果[5-6]。在電化學腐蝕過程中,純鋁材料因其表面會形成附著力較強的Al（OH）3和Al2O3膜而被廣泛應用[7-8]。但在特殊復雜工況下,由于Al的局部溶解會使其發(fā)生不同程度的局部腐蝕[5-6]。通過電弧噴涂將適當比例的鋁鋅絲材噴涂制成Zn-Al合金涂層,該涂層具有較好的耐蝕性,適用于潮濕鹽霧大氣腐蝕環(huán)境中金屬零部件表面長效腐蝕防護[9],且在一定范圍內隨著Al含量的增加,Zn-Al合金涂層的耐蝕性也會提高[10-11]。然而,相比于Ni基涂層,Al基涂層與Zn基涂層的結合力較低。王吉孝等[12]發(fā)現(xiàn)在6061-T6鋁合金表面噴涂的Ni-Al涂層與基體材料之間具有較高的結合強度,沒有出現(xiàn)明顯的裂紋。隨著Zn基涂層中Ni含量的增加,Zn-Ni合金涂層的耐腐蝕性能增強[13]。Zn-Ni合金涂層適用于海洋環(huán)境中不銹鋼零部件的表面防護[14]。由此可見,若能通過電弧噴涂工藝在Al基涂層與Zn基涂層中引入Ni元素,進而獲得Zn-Al-Ni三元合金涂層,則有望實現(xiàn)電弧噴涂長效防護涂層結合強度與耐腐蝕性能的進一步提升。然而有關熱噴涂工藝制備Zn-Al-Ni三元合金涂層結合強度與耐鹽霧腐蝕能力等性能評價則鮮見報道。 

作者通過電弧噴涂方式在Q235鋼基體表面分別制備了相同厚度的純Al涂層、二元Zn-Al涂層以及三元Zn-Al-Ni涂層,采用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）分別對上述三種電弧噴涂涂層的成分、微觀組織形貌以及相組分進行表征分析,最后采用漆膜附著力測試儀、電化學以及鹽霧試驗分別表征三種電弧噴涂涂層與基體的結合強度,以及其在模擬海水和鹽霧環(huán)境中的耐蝕性。 

1.   試驗

1.1   涂層制備

試驗采用的基體材料是Q235鋼,試樣尺寸為150 mm×100 mm×2 mm。用丙酮對試樣表面進行除油、除銹等清潔處理,再用棕剛玉顆粒對試樣進行噴砂處理,使試樣表面粗糙度達到Sa2.5及以上,從而增強涂層與基體的結合強度,噴砂處理后立即進行噴涂。試驗采用CMD-400電弧噴涂系統(tǒng)制備熱噴涂涂層,噴涂絲材為國產純Al絲、Zn-15%（質量分數(shù)）Al合金絲以及定制的Zn-15%（質量分數(shù)）Al-15%（質量分數(shù)）Ni絲,絲材直徑均為2.0 mm?？諝鈮嚎s機型號為GA30FF,噴涂壓力為0.6 MPa。通過調節(jié)電弧噴涂時間獲得厚度為100 μm的純Al涂層、Zn-Al涂層以及Zn-Al-Ni涂層,各涂層制備工藝參數(shù)如表1所示。其中,噴涂涂層厚度根據(jù)GB 11374-1989《熱噴涂涂層厚度的無損測量方法》標準采用磁性方法進行無損測量獲得。噴涂完成后,用線切割加工出10 mm × 10 mm的小塊,制成組織分析試樣；另切割加工出150 mm × 70 mm × 2 mm中性鹽霧試樣。 

1.2   試驗方法

采用Bruker AXS D8-Advance X射線衍射儀對試樣物相和晶粒尺寸進行測定（封閉式X射線衍射管,陽極靶為Cu靶,管電壓40 kV,管電流30 mA）,使用連續(xù)掃描模式,掃描范圍為20°~ 90°,步長為0.02°,掃描速率為5（°）/min。利用JSM6360掃描電鏡觀察各涂層的顯微形貌,同時利用X-Max Extreme型能譜儀（EDS）分析涂層的成分。涂層與基體的結合強度測試使用JC-073型漆膜附著力測試儀,依據(jù)GB/T 5210-1985《涂層附著力的測定法　拉開法》標準完成。 

在3.5%（質量分數(shù)）NaCl溶液（模擬海水）中,采用PARSTAT 2273電化學工作站進行電化學測試,評價涂層的耐蝕性。電化學測試前,在超聲波清洗機中使用酒精對試樣進行清洗脫脂,然后在空氣中干燥。電化學測試采用三電極體系：制備的涂層試樣為工作電極；飽和甘汞電極為參比電極；鉑絲為對電極。為了確保測量的準確性,工作電極的工作面積為1 cm2,剩余表面用環(huán)氧樹脂墊片覆蓋。根據(jù)Tafel外推法,通過陽極和陰極極化曲線線性擬合的交點計算腐蝕電流密度（Jcorr）和自腐蝕電位（Ecorr）。 

按照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》標準在腐蝕試驗箱中進行中性鹽霧試驗。噴霧溶液為5%（質量分數(shù)）NaCl溶液,其pH為6.5。試驗溫度為（35±1）℃,試驗時間為1 000 h。試驗結束后,觀察涂層的表面形貌（是否有起泡、脫落、返銹等現(xiàn)象出現(xiàn)）,并對試樣進行稱量,計算其質量損失。 

2.   結果與討論

2.1   涂層顯微組織

圖1為電弧噴涂的純Al涂層、Zn-Al涂層以及Zn-Al-Ni涂層表面宏觀形貌。從圖1（a）可以看出,純Al涂層均勻覆蓋于基體材料表面,涂層表面平整,涂層顏色較淺,未呈現(xiàn)顯著的噴涂顆粒,涂層表面較為致密。從圖1（b）可見,Zn-Al涂層的表面形貌同樣平整、致密,噴涂顆粒在基體上分布均勻,涂層顏色略深,表面粗糙程度較低。由圖1（c）可見,Zn-Al-Ni涂層表面則呈現(xiàn)出較深的顏色,表面較為致密,噴涂顆粒在基體上分布均勻,但存在少量電弧噴涂所得的較大顆粒,表面粗糙程度高于純Al涂層與Zn-Al涂層。涂層的表面粗糙程度取決于霧化后顆粒的粗細。相對于金屬Zn和Al,金屬Ni的熔點較高,其霧化產生的微粒較為粗大,因此,遇到較冷的基體后形成的Zn-Ni-Al涂層表面粗糙程度較高。金屬Zn和Al霧化產生的微粒較為細小,其形成的純Al涂層與Zn-Al涂層的表面粗糙程度則相對較低。 

圖  1  電弧噴涂涂層表面宏觀形貌

Figure  1.  Macrographs of surfaces of arc-sprayed coatings: (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

圖2為電弧噴涂三種涂層的XRD譜。由圖2可以看出,純Al涂層的物相為單一面心立方（fcc）結構的Al相（fcc-Al）。其中,fcc-Al相各衍射峰寬度較窄,且背底衍射較弱,這表明電弧噴涂所得純Al涂層的結晶程度較高,且晶粒尺寸較大。Zn-Al涂層具有以密排六方（hcp）結構的Zn相（hcp-Zn）為主以及少量fcc-Al相的雙相結構。在其XRD譜中,hcp-Zn相的衍射峰強度較高,說明hcp-Zn相含量較高。由于hcp-Zn相的熔點略低于fcc-Al相的熔點,在噴涂過程中絲材中的Zn相更易形成噴涂離子,造成hcp-Zn相含量較高。Zn-Al涂層各衍射峰的半高峰寬同樣較小,且沒有明顯的背底衍射,這表明Zn-Al涂層具有良好的結晶能力,且晶粒尺寸則同樣相對粗大。從Zn-Al-Ni涂層的XRD譜中可以看出,該涂層的主要物相有hcp-Zn相、fcc-Ni（Al）固溶體相以及fcc-Al相。值得注意的是,在各物相的衍射峰強度方面,hcp-Zn相的特征峰最強,fcc-Ni（Al）固溶體相的特征峰次之,fcc-Al相的特征峰則最弱。該結果表明,在Zn-Al-Ni涂層中,Al元素易與Ni元素結合形成Ni（Al）固溶體相。剩余未固溶的少量Al元素則形成游離的fcc-Al相。同時,在三種涂層的XRD譜中均未發(fā)現(xiàn)氧化物相的衍射峰,這初步證明在電弧噴涂過程中各元素粒子均未發(fā)生顯著的氧化現(xiàn)象,所形成涂層中氧化物含量較低,這有助于涂層性能的提高。 

圖  2  電弧噴涂純Al涂層,Zn-Al涂層與Zn-Al-Ni涂層的XRD譜

Figure  2.  XRD patterns of arc sprayed pure Al coating, Zn-Al coating and Zn-Al-Ni coating

圖3為純Al涂層、Zn-Al涂層與Zn-Al-Ni涂層電弧噴涂涂層截面SEM形貌與相應的EDS線掃描結果。從圖3中可以看出,三種涂層與基體結合界面都十分清晰,無明顯的粗大孔隙與夾雜,這說明涂層與基體之間的結合較為良好。同時,三種涂層的厚度均較為均勻,約為100 μm。涂層的致密度較高,且各層之間相互交疊堆積,呈現(xiàn)出典型的層片狀結構。在噴涂過程中,高速飛行的高溫熔滴撞擊到基體表面時,熔滴鋪展凝固在基體表面,后續(xù)粒子不斷堆疊沉積,最終形成層狀結構。另外,從三種涂層截面EDS線掃描結果中可見,涂層與基體界面處Fe元素含量急劇變化,基體中Fe含量較高,而涂層內部Fe含量極低,這表明涂層與基體之間未發(fā)生明顯的元素擴散,三種涂層與基體之間的結合以機械結合方式為主。同時,涂層中所含其他元素沿涂層生長方向的分布較為均勻,由此可知,涂層內部未熔粒子含量和粗大孔隙含量較低,利用電弧噴涂方式制備的純Al涂層、Zn-Al涂層與Zn-Al-Ni涂層組織性能良好。 

圖  3  電弧噴涂涂層截面SEM形貌與相應的EDS線掃描結果

Figure  3.  SEM morphology of cross-section and corresponding EDS line scan results of arc sprayed coatings: (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

電弧噴涂涂層表面SEM形貌如圖4所示。由圖4（a）可知,純Al涂層表面相對平整,表面粗糙程度較低,且涂層顆粒較細,存在少量的微小孔洞,這表明純Al涂層電弧噴涂成型效果較高。由圖4（b）可知,相比于純Al涂層,Zn-Al涂層表面上下起伏較為明顯,表面粗糙程度有所增加,部分顆粒出現(xiàn)團聚現(xiàn)象,表面存在少量微小孔洞。由圖4（c）可知,Zn-Al-Ni涂層的表面組織形貌同樣較為均勻、致密,熔融的金屬顆粒在基體上分布均勻,且鮮有較大的未熔顆粒存在,該涂層表面粗糙程度與Zn-Al涂層接近。 

圖  4  電弧噴涂涂層表面SEM形貌（二次電子像）

Figure  4.  SEM morphology of surfaces of arc sprayed coatings (secondary electron images): (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

對三種涂層表面整體區(qū)域進行EDS能譜分析（圖略）。結果表明,純Al涂層表面Al原子分數(shù)為97.2%,剩余元素為O,這說明該涂層基本由純Al元素組成,且在電弧噴涂成型過程中未發(fā)生顯著氧化現(xiàn)象。Zn-Al涂層表面的化學成分（原子分數(shù)）為67.7 % Zn、24.7%Al,剩余元素為O,該涂層的化學成分基本與絲材Zn-15%Al一致,這表明在噴涂過程中Zn和Al元素幾乎同時熔融且噴射至基體表面,形成元素分布均勻的Zn-Al涂層,同時結合XRD分析結果可知,該涂層未產生顯著的氧化現(xiàn)象。Zn-Al-Ni涂層表面的化學成分（原子分數(shù)）為60.2%Zn、23.1%Al、11.2%Ni,其余為O元素,由此可知電弧噴涂所得Zn-Al-Ni涂層的化學成分與絲材Zn-15%Al-15%Ni的化學成分較為相近,且較低的O含量表明在電弧噴涂過程中涂層內部存在較少的氧化物,這有助于涂層成型質量的提高。 

為了較為方便地表征涂層各區(qū)域化學成分的變化情況,對各區(qū)域進行EDS能譜分析,分析位置見圖5,分析結果見表2。結果表明,Zn-Al涂層大部分區(qū)域呈現(xiàn)出亮白色襯度,該較亮區(qū)域（區(qū)域1）以Zn元素為主,而Al與O元素含量則相對較低。區(qū)域2所代表的較暗襯度區(qū)域則以Al元素為主,含有少量的Zn元素與O元素。結合XRD分析結果可知,涂層具有以hcp-Zn相為主的復合結構,占大部分面積的較亮區(qū)域為hcp-Zn相,而fcc-Al相則彌散地分布在hcp-Zn相中,且O元素易與Al元素形成少量的氧化物相。Zn-Al-Ni涂層則存在大面積淺灰色襯度區(qū)域（區(qū)域3）。該區(qū)域以Zn和Ni元素為主,且含有一定量的Al元素。結合XRD分析結果可知,該區(qū)域Al元素大量固溶于Ni元素中,形成fcc-Ni（Al）固溶體相,并組成與hcp-Zn相結合的復合相組織。區(qū)域4代表的暗深灰色襯度區(qū)域中未固溶的Al元素含量較多,且具有一定含量的Zn元素和Ni元素。結合XRD分析可以推測,該區(qū)域以fcc-Al相為主,且具有一定含量的hcp-Zn和fcc-Ni（Al）相,且含有少量的氧化物相。綜上可知,Zn-Al涂層和Zn-Al-Ni涂層中各相分布較為均勻,且氧化物含量較低,因此涂層成型質量良好,這有助于涂層性能的改善。 

圖  5  電弧噴涂涂層表面EDS能譜分析區(qū)域（背散射電子像）

Figure  5.  EDS analysis regions on arc sprayed coating surfaces (backscattered electron images): (a) Zn-Al coating; (b) Zn-Al-Ni coating

2.2   涂層結合強度

在涂層厚度相同的情況下,三種涂層的平均結合強度對比如表3所示。經計算可知,Zn-Al-Ni涂層與Q235基體的結合強度最高,平均結合強度為1.60 MPa,然后依次是Zn-Al涂層（5.87 MPa）和純Al涂層（4.22 MPa）。對于Zn-Al-Ni涂層,Ni元素的引入導致涂層整體結合強度提升,所有斷裂位置均在涂層與基體之間,測量結果均為有效。結合強度測試后三種涂層斷口形貌如圖6所示。Zn-Al-Ni涂層的結合強度較高,斷裂發(fā)生在涂層與基體之間,純Al涂層和Zn-Al涂層的結合強度較低,斷裂位置發(fā)生在涂層內部,涂層有翹起現(xiàn)象。影響涂層結合強度的主要因素包括噴涂材料種類、噴涂距離、噴槍移動速率、噴涂粒子速率和涂層厚度等。研究發(fā)現(xiàn),機械結合是電弧噴涂涂層與基材的主要結合方式,即熔滴粒子撞擊到基材表面時,通過拋錨作用與基材形成的結合。此外,涂層與基材間還存在擴散結合、物理結合等結合方式。三種涂層中Zn-Al-Ni涂層的結合強度最高,這主要歸因于以下方面：首先,電弧噴涂Zn-Al-Ni涂層所需電弧電流高于純Al和Zn-Al涂層,電弧噴涂電流越高,電弧噴涂溫度越高,金屬絲材霧化粒子所含的熱焓就越多,這提升了絲材的熔化速率與霧化熔滴溫度。當熔融金屬粒子高速飛行陸續(xù)撞擊基體表面形成涂層時,撞擊基體表面產生的變形越大越有利于熔滴粒子在基材或涂層表面的鋪展,促進液滴填充孔隙,提高涂層的致密度和粒子之間的內聚力,使涂層與基材表面的凹凸點形成更好的機械嵌合,涂層與基體的結合強度得到提高；其次,Zn-Al-Ni涂層噴涂時合金絲中Ni（Al）固溶體相具有自熔合特點,當熔滴和基材的結合點溫度足夠高時,涂層與基體產生微冶金結合[15-16]；相同厚度下,Zn-Al涂層和純Al涂層與基體之間以單一機械結合的方式結合,Zn-Al-Ni涂層與基體之間的微冶金結合能夠顯著提高涂層與基體之間結合強度。因此在上述兩方面影響下,Zn-Al-Ni涂層中Ni元素的存在可顯著提高Zn基涂層與基體的結合強度。 

圖  6  結合強度測試后電弧噴涂涂層斷口形貌

Figure  6.  Fracture morphology of arc sprayed coatings after adhesive strength testing: (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

2.3   涂層耐蝕性

圖7為電弧噴涂涂層與Q235鋼基體在3.5%NaCl溶液中的極化曲線,依此計算所得自腐蝕電位與腐蝕電流密度,如表4所列。Q235鋼基體的自腐蝕電位為-1.01 V,純Al涂層的自腐蝕電位提升至-0.78 V,這說明相比于Q235鋼基體,純Al涂層的耐腐蝕性能有所提升。在腐蝕電流密度方面,純Al涂層的腐蝕電流密度明顯最低。同時,在純Al涂層極化曲線上可看到一定的鈍化區(qū)域,其原因可能是Al元素活潑性低于Zn元素,更易發(fā)生鈍化,其腐蝕產物Al2O3比ZnO更致密、更耐腐蝕,最終形成的Al（OH）3等腐蝕產物也更為致密[6],能夠有效保護基體材料,從而導致腐蝕電流密度下降。因此,電弧噴涂純Al涂層能夠顯著改善Q235鋼在3.5%NaCl溶液中的耐腐蝕性能。與Q235鋼基材比,Zn-Al涂層的自腐蝕電位降低,腐蝕電流密度增大,表明其在NaCl溶液中的耐蝕性降低。雖然在3.5%NaCl溶液中Zn-Al涂層的耐蝕性較低,但其仍發(fā)生了鈍化現(xiàn)象,表面形成了高密度的ZnO和Al2O3等氧化物,從而防止溶液中離子的擴散。由于Zn-Al涂層中Zn具有較強的化學活性,其很容易與H2O反應生成Zn（OH）2,從而在涂層表面形成鈍化膜。相對于Q235鋼基材而言,Zn-Al-Ni涂層的自腐蝕電位有所上升,腐蝕電流密度顯著降低,這表明電弧噴涂Zn-Al-Ni涂層有助于全面提升基材的耐蝕能力。在鈍化區(qū)外,金屬氧化膜會被破壞,Cl-會透過涂層的內部缺陷,引起基體腐蝕。所以,將部分Ni元素添加到電弧噴涂Zn-Al涂層中,有助于涂層自腐蝕電位的提高,且在保證涂層較為致密的前提下,與腐蝕介質反應生成較為致密的氧化物,從而有效減緩腐蝕速率。 

圖  7  電弧噴涂涂層與Q235鋼基體在3.5%NaCl溶液中的極化曲線

Figure  7.  Polarization curves of arc sprayed coatings and Q235 steel substrate in 3.5% NaCl solution

圖8為經1 000 h中性鹽霧試驗后Q235鋼基體與電弧噴涂涂層表面宏觀形貌,表5為其質量損失。對鹽霧腐蝕后試樣表面進行XRD分析、掃描電鏡觀察和EDS分析,結果見圖9、圖10和表6。 

圖  8  經1 000 h中性鹽霧試驗后Q235鋼基體與電弧噴涂涂層表面宏觀形貌

Figure  8.  Macrographs of surfaces of Q235 steel substrate and arc sprayed coatings after neutral salt spray test of 1 000 h: (a) Q235 substrate; (b) pure Al coating; (c) Zn-Al coating; (d) Zn-Al-Ni coating

圖  9  經1 000 h中性鹽霧試驗后電弧噴涂涂層表面的XRD譜

Figure  9.  XRD patterns results of arc sprayed coating surfaces after neutral salt spray test of 1 000 h: (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

圖  10  經1 000 h中性鹽霧試驗后電弧噴涂涂層的表面微觀形貌與EDS分析位置

Figure  10.  Micro morphology of arc sprayed coating surfaces after neutral salt spray test of 1 000 h and EDS analysis positions: (a) pure Al coating; (b) Zn-Al coating; (c) Zn-Al-Ni coating

經1 000 h鹽霧腐蝕后,未電弧噴涂處理的Q235鋼基體表面出現(xiàn)大量的紅銹,且質量損失較為嚴重,這表明Q235鋼基體的耐蝕性較低,出現(xiàn)嚴重的腐蝕現(xiàn)象。經1 000 h鹽霧腐蝕后,純Al涂層邊緣出現(xiàn)少量銹跡,有輕微腐蝕痕跡。純Al涂層表面由于形成了附著較強的Al（OH）3和Al2O3腐蝕產物膜,相對致密的腐蝕產物膜使腐蝕介質難以進入涂層內部,從而阻礙了鹽霧腐蝕過程,因此純Al涂層有助于改善Q235鋼的抗鹽霧腐蝕性能。 

經1 000 h鹽霧腐蝕后,相同噴涂厚度的Zn-Al涂層表面出現(xiàn)腐蝕坑,有少量腐蝕痕跡。造成這種現(xiàn)象的原因是大量Zn被氧化為Zn2+后轉變?yōu)椴蝗苡谒依喂痰腪n5（OH）6（CO3）2、Zn（OH）2及ZnO的混合物[17]。涂層表面腐蝕產物覆蓋區(qū)域較為廣泛,且腐蝕產物存在一定裂紋,因此相同噴涂厚度下Zn-Al涂層的耐鹽霧腐蝕能力低于純Al涂層,但其仍能在一定程度上改善Q235鋼基體的耐鹽霧腐蝕能力。 

經1 000 h鹽霧腐蝕后,相同噴涂厚度的Zn-Al-Ni涂層表面有腐蝕痕跡和極少量銹跡,且質量損失最低,呈現(xiàn)出良好的耐鹽霧腐蝕能力。這是因為Zn-Al-Ni涂層與基體之間結合較緊密,鹽霧不易滲透到基體與涂層結合界面。此外,Zn-Al-Ni涂層與腐蝕介質反應生成的NiO等腐蝕產物,能夠有效降低腐蝕速率,從而最大程度地避免了在涂層內部出現(xiàn)加速腐蝕的現(xiàn)象,進而提高了涂層的耐鹽霧腐蝕能力。 

綜上所述,在相同噴涂厚度下Zn-Al-Ni與純Al涂層均具有良好的耐鹽霧腐蝕性能。 

3.   結論

利用電弧噴涂技術在Q235鋼基材表面分別制備了相同厚度的純Al、二元Zn-Al以及三元Zn-Al-Ni涂層,并對三種涂層的顯微組織、與基體結合強度以及耐蝕性進行對比研究,主要結論如下： 

（1）純Al、Zn-Al以及Zn-Al-Ni三種涂層表面形貌均較為平整致密,無顯著氧化物顆粒存在,具有良好的電弧噴涂成型質量。純Al涂層以單一fcc-Al相為主,Zn-Al涂層中少量的fcc-Al相組織較為彌散地分布于hcp-Zn相組織中,而Zn-Al-Ni涂層則以hcp-Zn,fcc-Ni（Al）為主,少量fcc-Al相較為彌散分布于各相內部。三種涂層均呈現(xiàn)較高的結晶程度以及較大的晶粒尺寸。 

（2）在相同噴涂厚度下,相比于純Al涂層與Zn-Al涂層,Zn-Al-Ni涂層與基體之間結合強度高,這是由于電弧噴涂制備Zn-Al-Ni涂層過程中需要溫度較高,霧化形成微粒更細小,且涂層內部的Ni（Al）相能夠與基體之間產生微冶金結合。因此在上述兩方面影響下,Zn-Al-Ni涂層中Ni元素的存在可顯著提高Zn基涂層與基體的結合強度。 

（3）電弧噴涂純Al和Zn-Al-Ni涂層在3.5% NaCl溶液中的自腐蝕電位比Q235鋼基體高,腐蝕電流密度比Q235鋼基體低,這兩種涂層有助于全面改善Q235鋼基材在腐蝕介質中的耐蝕能力。相比于同一厚度的Zn-Al涂層,Zn-Al-Ni涂層與基體之間結合強度較高,鹽霧不易滲透至基體與涂層結合界面,因此Zn-Al-Ni涂層呈現(xiàn)出良好的耐鹽霧腐蝕性能。

文章來源——材料與測試網