6061铝合金表面电弧喷涂纯铝涂层的研究.doc

6061铝合金表面电弧喷涂纯铝涂层的研究(不到钢铁材料的1/2)，比强度和比刚度高，具有良好的成形加工性能，对于重量有严格限制的结构有突出的优势。由于铝材表面可自然产生一层很薄的氧化铝保护膜，这层膜的表面硬度较高，不易破损，在大气中有很好的防腐能力[1-2]。在组织缺陷及成分不均匀等因素的影响下，大多数铝合金的氧化膜总存在薄弱和不连续的地方，尤其是在海洋环境下，海水中的氯离子半径较小，能破坏铝合金表面的氧化膜，且海水中氧化膜的修复和增厚会由于氯离子的存在而受阻，大多数铝合金尤其高强铝合金在海洋大气环境条件下很容易产生点蚀、缝隙腐蚀和应力破坏，因此铝合金结构件在海洋工程中的应用受到一定限制[3-4]。 电弧喷涂技术具有生产效率高、涂层性能优异、经济节能、可大面积施工、安全、可制备伪合金涂层等特点[5]，在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用。其中采用电弧喷涂技术制备铝及其合金防腐涂层具有广阔的应用前景，特别是在提高铁和钢在空气、淡水、或盐水中的耐腐蚀能力非常有效，已在钢架结构、桥梁、海洋工程、热电厂锅炉“四管”等方面获得成功应用[6]。然而，海洋环境下铝合金结构件采用电弧喷涂涂层进行防腐的应用与研究，很少见报道。本试验采用电弧喷涂技术在6061铝合金基材表面制备了纯铝涂层，研究了涂层的组织结构和耐腐蚀性能，为提高铝合金结构件的使用寿命，扩大铝合金在海洋工程中的应用提供技术和数据上的支撑。 1　试验材料和方法 1.1　喷涂设备和喷涂材料 电弧喷涂设备为DPT2303 型电弧喷涂装置，喷涂的参数为：电压30V～32V，电流140A～160A，空气压力016 MPa～017 MPa，喷枪与工件垂直，喷涂距离为200mm。试件基体材料为6061铝合金，化学成分见表1，喷涂材料选择为高纯铝丝，铝含量为9917%，直径为2 mm。 表1　6061合金的主要化学成分(质量分数)　% Mg Mn Si Fe Cu Cr 其他杂质 Al 0.8～1.2 0.15 0.4～0.8 0.7 0.15～0.4 0.04～0.35 0.15 余量 1.2　试样制备与试验方法 制备试样时，先用丙酮清洗试样表面，电弧喷涂前用30目棕刚玉对试样进行喷砂预处理，喷砂完成后用干净的压缩空气吹去表面的灰尘和碎屑，为防止表面再次污染和氧化，喷砂后30min 内完成喷涂，涂层厚度约180μm～200μm，喷涂后采用E244 型环氧树脂进行封孔。 按金相制样方法磨制试样，抛光后用015%HF溶液腐蚀，采用光学显微镜观察涂层显微结构，用金相检查法测得孔隙率。利用电子扫描电镜对涂层及腐蚀后形貌进行观察。 恒温浸泡试验试件规格为30mm×15 mm×117mm，将试样完全浸泡在w(NaCl)=5%的水溶液中，为保证腐蚀产物对试验的影响降到最低，试验溶液的用量与试件表面积的比例不小于20mL/cm2，144h后取出观察[6]；中性盐雾试验按照国家标准GB10125-1997 执行，使用YWPR2150盐雾试验机，试件规格为50mm×50mm×117 mm，在35 ℃ ±2 ℃下用w(NaCl)=5%的溶液连续喷雾48h，喷雾结束后试件用去离子水清洗干净，对表面进行观察； 采用M342 电化学测试系统对试样进行电化学测试，试件规格为20mm×20mm×117 mm。电化学池中采用三电极体系，将试样作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，w(NaCl)=5%的水溶液作为电解质溶液，试样在w(NaCl)=5%的水溶液中浸泡30min 稳定后开始测量，扫描速度60mV/min，采用塔菲尔(Tafel)极化曲线外推法求得腐蚀电位Ecorr 和腐蚀电流密度icorr。 2　试验结果和分析 2.1　组织与孔隙率分析 图1是涂层金相组织，可见组织均匀致密，无贯穿性孔隙，金相检查法测得孔隙率为416%，这种微观结构适合用作耐腐蚀防护涂层。图1a是铝涂层与基体结合界面。由图1可见，涂层与基体结合处有一条明显的边界，并有极少量孔隙与微细裂纹，涂层的微粒在粗糙表面的凸起和凹陷处形成机械咬合，涂层内部孔隙较少。说明基体表面的凹坑内存在气体时，容易形成孔隙，涂层与基体之间结合形式主要为机械嵌合。图1b 是涂层内部显微组织，粒子变形量大，呈层状结构，孔隙较少，尺寸较小，绝大部分分布在粒子的交界处，没有贯穿性孔隙。由涂层的显微组织可以发现，孔隙基本上出现在粒子的交界处，说明不完全重叠是涂层孔隙形成的主要因素。 铝及铝合金在热带海洋地区大气腐蚀报道了8种牌号四大类铝及铝合金在热带海洋大气环境下1年、3年、6年和10年的试验结果。结果表明:1)初期(1年)腐蚀失重较低的是L3M、LF21Y2、LY12CZ;而经过长期(10年)暴露后,腐蚀失重较低的是LF2Y2、L3M;初期和长期腐蚀失重相差不大