火焰喷涂铝涂层
昌 霞，韩付会，张小彬，黄伟九
重 庆 理 工 大 学 学 报( 自然科学)
热喷涂技术由于可以快速地在基体上沉积耐磨、耐蚀等功能的涂层而受到广泛关注。氧 － 乙炔火焰喷涂技术是利用燃气( 乙炔) 与助燃气( 氧气) 燃烧产生的热量加热丝状或粉末态喷涂材料，使其达到熔融或软化状态，借助火焰流动或喷射加速气体，将喷涂材料喷射到经预处理的基体表面，形成涂层的工艺方法。火焰喷涂是一种常用的喷涂方法，它具有价廉、节能、高效、灵活等特点，其 操 作 简 单、方 法 容 易 掌 握，因 而 应 用广泛［1 －3］。
热喷涂技术应用于钢结构的腐蚀防护始于 20世纪 30 年代，用于海洋环境中金属结构的防护。德国于 1935 年应用喷铝加富锌底漆加沥青面漆的保护层体系，对升船机进行保护［4］。热喷涂铝涂层的研究是开发钢结构长效耐腐蚀的重要内容［5 －7］。长期研究发现，铝涂层不论涂层封闭与否，在海水、海洋大气、工业大气中，均能保证钢铁构件在 19 年内不腐蚀［8］。
本文通过氧 － 乙炔火焰喷涂技术，在 Q235 基体上制备铝涂层，通过表面形貌分析、热震性测试、盐水浸泡实验、极化曲线分析等来研究火焰喷涂铝涂层的性能，从而加深对铝涂层的研究，为进一步提高铝涂层对钢结构耐腐蚀性能提供理论依据。
摘 要: 采用氧 － 乙炔火焰喷涂技术在 Q235 钢表面制备铝涂层，通过表面形貌分析、热震性测试、盐水浸泡实验、极化曲线分析等研究火焰喷涂铝涂层的性能。结果表明: Q235 钢经火焰喷涂后，可以得到致密、具有一定结合强度和良好耐腐蚀性能的铝涂层。
关 键 词: 火焰喷涂; 铝涂层; 耐腐蚀
1 实验材料与方法
1． 1 实验材料
基体材料为 Q235 钢，用丙酮清洗基体，除去要喷涂面的污垢，如氧化皮、油脂和尘埃。然后对表面进行喷砂粗化处理，最终得到表面粗糙、清洁的试样，尺寸为 20 mm ×20 mm ×10 mm。喷涂材料为纯铝丝。
1． 2 实验方法
采用氧 － 乙炔火焰喷涂方法进行喷涂，喷涂参数: 氧气压力 0． 4 ～ 0． 6 MPa，乙炔压力 0． 05 ～0． 07 MPa，空 气 压力 0． 4 ～ 0． 6 MPa，喷 粉 距 离120 ～ 150 mm，喷涂 角 60° ～ 90°，预 热 温 度 60 ～100℃ ，涂层厚度 100 ～ 150 μm。制取金相试样，并镶嵌、磨平、抛光，用金相显微镜、体视显微镜对喷涂后的试样进行形貌观察和分析; 将试样放入箱式电炉中，从 150 ～ 450 ℃每隔 50 ℃加热，保温 30 min 后取出空冷，进行热震性测试。同一试样经反复加热冷却，观察表面是否有起皮剥落现象。实验通过在 3． 5% NaCl 溶液中浸泡的方法对涂层的耐蚀性能进行测试。使用极化曲线分析涂层的耐蚀机理。
2 实验结果及分析
2． 1 表面形貌分析
由图 1 可见涂层呈粒片状的积层。由于高温粒子和已凝固粒子的粘附，使涂层由许多微粒构成，表面凹凸不平较粗糙，存在一些孔隙和凹坑。涂层与基体呈波浪状冶金结合，这是由喷砂造成的粗糙度引起的。涂层厚度大约为 150 μm。涂层的厚度直接影响涂层的耐蚀性能、基体的结合力以及涂层的成本。涂层如果太薄，不易形成完整隔离层，一旦有一处涂层发生破坏，则整个涂层的耐蚀性能显著下降; 如果太厚，则形变应力过大，使涂层发生剥落［9］。
2． 2 抗热震性能分析
由表 1 可知，同一试样经反复加热冷却，发现Q235 表面铝涂层与基体结合良好，未发生起皮剥落现象，表明涂层与基体结合牢固。
2． 3 耐腐蚀性能分析
2． 3． 1 盐水浸泡实验分析
实验结果见表 2 和图 2。
从浸泡实验的结果看，铝涂层提高了 Q235 钢基体的耐腐蚀性能。铝涂层能与氧或含氧气体发生化学反应，生成致密的“钝化膜”。这种氧化膜致密坚韧，化学稳定性好，铝粉颗粒之间紧密接触，作为一种牺牲阳极来保护基体，而本身氧化物又起一种封闭作用，阻止腐蚀介质的渗入［10 －11］。铝涂层首先可以在界面上形成连续的富铝区域，可以作为屏障起到阻碍腐蚀的作用［12］。
2． 3． 2 极化曲线分析
图 3 给出了 Q235 钢基体和铝涂层在 3． 5%NaCl 水溶液中测试的极化曲线。由 Tafel 拟合曲线可以计算出基体的腐蚀电位( Ecorr) 为 － 792． 87mV，铝涂层的 Ecorr为 －663． 14 mV，两者相比较铝涂层大约正移了130 mV; 基体的腐蚀电流( Icorr) 为90． 419 μA / cm2，铝涂层的 Icorr为 79． 287 μA/cm2，可见 Q235 钢表面喷涂铝涂层后耐蚀性得到了较大提高。当然最好对铝涂层进行封孔或者扩散处理，减少涂层的孔隙，提高致密度，以期彻底隔离基体与外界的腐蚀介质。
3 结论
1) 铝涂层表面凹凸不平较粗糙，且与基体呈波浪状冶金结合。
2) Q235 钢经火焰喷涂铝涂层后，基体与涂层结合牢固，耐腐蚀性能大大提高。
图略
参考文献略
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