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Zn-Al伪合金涂层的制备及耐海洋腐蚀性能研究

2020-12-10阅读(172)

Zn-Al伪合金涂层的制备及耐海洋腐蚀性能研究

论文摘要

在大型钢结构的长效防腐蚀领域,热喷涂锌铝合金防腐涂层技术正逐步替代纯锌、纯铝涂层技术,因此,研究Zn-Al涂层的制备及其耐蚀性能对其应用具有重要的工程价值。本文基于BP人工神经网络技术优化了电弧喷涂工艺参数,并采用优化后的工艺参数成功制备了三种不同铝含量的Zn-Al伪合金涂层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等分析了涂层的组织结构。通过室内挂片试验,研究了涂层的耐盐雾、耐飞溅和耐全浸腐蚀性能,并对涂层在不同模拟海洋环境下的腐蚀机理进行了探讨。研究表明,BP人工神经网络模型所得的预测值与试验值基本吻合。采用优化后的喷涂工艺参数成功制备了三种不同铝含量的Zn-Al伪合金涂层和Zn-15Al合金涂层。组织研究发现四种Zn-Al涂层均达到了相关标准的质量要求,Zn-15Al合金涂层和Zn-27Al伪合金涂层的表面质量优于Zn-14Al伪合金涂层和Zn-46Al伪合金涂层。XRD结果表明,三种伪合金涂层均主要由Zn、Al两相组成。成分分析发现,Zn-15Al合金涂层中锌、铝元素均匀分布,而三种伪合金涂层为富锌相和富铝相的机械混合。在3.5 wt%NaCl溶液中的电化学性能测试结果表明,随着Al含量的增加,涂层的自腐蚀电位升高,但是四种涂层的电位相差不大。另外,除Zn-46Al伪合金涂层之外,其它三种涂层在极化过程中均具有明显的钝化现象。室内挂片试验结果表明,四种Zn-Al涂层在三种模拟海洋环境下均表现出了较好的耐蚀性能。相对而言,Zn-15Al合金涂层表现出了较好的耐飞溅腐蚀性能,而Zn-46Al伪合金涂层则显示了较好的耐盐雾腐蚀性能和耐全浸腐蚀性能。通过对涂层腐蚀形貌的观察,发现涂层的成分、腐蚀产物的性质以及腐蚀环境都是影响涂层耐蚀性能的关键因素。在飞溅环境下,Zn-Al伪合金涂层的腐蚀机制为腐蚀产物失去了屏蔽作用,导致其腐蚀过程不断加剧。在盐雾和全浸环境下,腐蚀产物的屏蔽作用导致Zn-15Al合金涂层发生闭塞电池腐蚀,这使得Zn-15Al合金涂层在这两种环境下的耐蚀性能下降;而Zn-Al伪合金涂层中铝含量的增加会减缓金属的阳极溶解过程,因而铝含量较高的Zn-46Al伪合金涂层具有较好的耐盐雾和全浸腐蚀性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.2 钢铁材料在海洋环境中的腐蚀与防护
  • 1.2.1 海洋各区带的环境条件及腐蚀特点
  • 1.2.2 钢铁材料海洋腐蚀的常用防护措施
  • 1.3 Zn-Al 海洋防腐蚀涂层的热喷涂制备技术
  • 1.3.1 火焰喷涂Zn-Al 涂层制备技术
  • 1.3.2 电弧喷涂Zn-Al 涂层制备技术
  • 1.3.3 热喷涂防腐蚀涂层制备工艺的优化
  • 1.4 Zn-Al 海洋防腐涂层的涂层体系和腐蚀机理
  • 1.4.1 Zn 涂层和Al 涂层
  • 1.4.2 Zn-Al 涂层
  • 1.4.3 Zn-Al-Mg 涂层和Zn-Al-Mg-Re 涂层
  • 1.4.4 Zn-Al 复合涂层
  • 1.5 本文的研究目的及研究内容
  • 1.5.1 研究目的
  • 1.5.2 研究内容
  • 第二章 Zn-Al 伪合金涂层的制备、评价与腐蚀试验方法
  • 2.1 Zn-Al 伪合金涂层的试验材料与涂层制备
  • 2.1.1 试验材料
  • 2.1.2 涂层的制备
  • 2.2 Zn-Al 伪合金涂层的组织和性能评价
  • 2.2.1 涂层外观和孔隙率测定
  • 2.2.2 涂层显微组织观察
  • 2.2.3 涂层物相和成分分析
  • 2.3 Zn-Al 伪合金涂层的电化学性能测试
  • 2.4 Zn-Al 伪合金涂层的耐蚀性试验
  • 2.4.1 中性盐雾腐蚀试验
  • 2.4.2 飞溅腐蚀试验
  • 2.4.3 全浸腐蚀试验
  • 2.5 Zn-Al 伪合金涂层腐蚀试验结果的分析
  • 2.5.1 腐蚀形貌观察
  • 2.5.2 腐蚀产物分析
  • 第三章 基于BP 人工神经网络的电弧喷涂工艺参数优化
  • 3.1 BP 人工神经网络模型的原理
  • 3.1.1 BP 网络结构
  • 3.1.2 BP 网络学习算法
  • 3.2 BP 人工神经网络模型的建立
  • 3.2.1 模型样本数据的归一化处理
  • 3.2.2 BP 神经网络结构的确定
  • 3.2.3 BP 神经网络训练函数的确定
  • 3.2.4 BP 神经网络隐层节点数的确定
  • 3.2.5 BP 神经网络的训练与检验
  • 3.3 工艺参数对涂层质量影响的预测及试验验证
  • 3.3.1 喷涂距离对涂层质量的影响
  • 3.3.2 喷涂电流对涂层质量的影响
  • 3.3.3 喷涂电压对涂层质量的影响
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 Zn-Al 伪合金涂层的组织研究
  • 4.1 Zn-Al 伪合金涂层的组织观察
  • 4.1.1 外观形貌
  • 4.1.2 显微形貌
  • 4.2 Zn-Al 伪合金涂层的相组成
  • 4.3 Zn-Al 伪合金涂层的化学成分
  • 4.3.1 Zn-14Al
  • 4.3.2 Zn-27Al
  • 4.3.3 Zn-46Al
  • 4.3.4 Zn-15Al
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 Zn-Al 伪合金涂层在模拟海洋环境下的耐蚀性能研究
  • 5.1 Zn-Al 伪合金涂层的耐腐蚀性能
  • 5.1.1 耐飞溅腐蚀性能
  • 5.1.2 耐盐雾腐蚀性能
  • 5.1.3 耐全浸腐蚀性能
  • 5.2 Zn-Al 伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀机理
  • 5.2.1 涂层的电化学特性
  • 5.2.2 腐蚀产物对腐蚀性能的影响
  • 5.2.3 腐蚀环境对腐蚀性能的影响
  • 5.2.4 涂层的腐蚀机理探讨
  • 5.3 本章小结
  • 结论及展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢

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