2.3高速電弧噴涂Zn-Al-Mg-RE涂層耐海水腐蝕研究

　　艦船由于受到海水及海面鹽霧的侵蝕，甲板及艦體腐蝕嚴(yán)重醉檐，每年都需要涂幾次油漆進(jìn)行防護(hù)凰茫；艦艇每次小修時更換腐蝕的鋼板達(dá)到1/3让多，中修時的換板率超過了1/2卫银，既增加了維修的工作量、降低了艦船在航率顶食，又造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失掐边。

　　海水對金屬材料的腐蝕是典型的電化學(xué)腐蝕，海水中的氯離子（Cl－）對氧化鈍化膜的穿透能力很強(qiáng)熄阻，因此斋竞，艦船在海水中很易被腐蝕。

為增強(qiáng)艦船的耐腐蝕磨損性能秃殉，我們開發(fā)了高速電弧噴涂Al-Re窃页、Zn-Al耐蝕涂層，耐腐蝕效果非常優(yōu)異复濒，當(dāng)Zn-Al涂層中Al含量超過13％～15％時，涂層既具有純Zn涂層對鋼鐵基體有效的陽極保護(hù)且對點腐蝕和裂紋不敏感的特點乒省，又因涂層中含有足夠的Al巧颈，能夠形成完整的Al2O3保護(hù)膜而耐腐蝕磨損。Zn-Al涂層涂層是替代Zn和Al涂層的極有發(fā)展前途的耐蝕金屬涂層袖扛。

　　在Zn-Al耐蝕涂層的基礎(chǔ)上砸泛，我們又開發(fā)了Zn-Al-Mg及Zn-Al-Mg-Re涂層。這兩類涂層由于具有“自封閉”作用蛆封，進(jìn)一步提高了涂層耐腐蝕性能唇礁。在涂層的腐蝕過程中，Zn可形成不溶解性的腐蝕產(chǎn)物（ZnO或Zn4(OH)6CO3·H2O）來封閉涂層中的孔隙惨篱，即“自封閉”效果盏筐。Mg加快了涂層中孔隙的“自封閉”過程，從而提高了涂層的耐蝕性令掠。在加入0.7％-1.4％Mg后规学，Zn-Al-Mg合金涂層在鹽霧腐蝕環(huán)境下耐蝕性比Zn-Al涂層提高了4倍。

采用電化學(xué)阻抗譜法研究表征Zn-Al-Mg-Re涂層的“自封閉”效果辫扯。

　　圖6為Zn-Al-Mg-RE涂層的電化學(xué)阻抗譜橡周，可見在浸泡初期呈現(xiàn)半徑近似的兩個半圓外形碗昭，而隨后轉(zhuǎn)入到單一半圓形狀。浸泡初期對應(yīng)的等效電路圖見圖7膊向，與Zn-Al 和Zn-Al-Mg涂層相同体笨；但浸泡后期對應(yīng)的等效電路可用圖8表示。比較圖7和圖8可以看出糙娃，在浸泡后期的電化學(xué)阻抗譜的測試中已經(jīng)接收不到來自涂層/基體界面的信息烧啊。表明在浸泡后期Cl－不能到達(dá)涂層／基體界面。由于稀土元素的加入蕉妇，Zn-Al-Mg-RE涂層的腐蝕產(chǎn)物與Zn-Al-Mg涂層比較并沒有明顯差別碟堵，但稀土元素可細(xì)化涂層顆粒，使顆粒粒度均勻腹忽，降低涂層孔隙率来累，使涂層組織致密，進(jìn)而減少了腐蝕通道窘奏。因此嘹锁，反應(yīng)進(jìn)行一定時間后，由于鈍化膜及腐蝕產(chǎn)物的堵塞着裹，Cl－很難通過涂層表面的缺陷進(jìn)入涂層到達(dá)涂層/基體的界面领猾，涂層的“自封閉”效果更加明顯，大幅度提高了涂層腐蝕產(chǎn)物層的穩(wěn)定性骇扇，從而使Zn-Al-Mg-RE涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性摔竿。

2.4超音速等離子噴涂12Co-WC涂層耐砂粒磨損性能研究

　　等離子噴涂技術(shù)中等離子焰流的溫度高達(dá)18000℃，可以將各種噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)少孝，因而高熔點陶瓷等難熔材料也可被用于等離子噴涂使用继低，從而得到高耐磨性的噴涂層。超音速等離子噴涂12Co-WC涂層主要由金屬Co相以及硬質(zhì)WC相和少量硬質(zhì)W2C相組成稍走，高硬度碳化物顆猎蹋可以克服砂粒的劃傷。

　　采用裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室研究開發(fā)的HEPJ高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)在坦克某磨損零部件表面制備了12Co-WC涂層现辰。圖9(a)為12Co-WC涂層的表面形貌照片盔雷。可以看出托捆，高效能超音速等離子噴涂12Co-WC涂層表面均勻篱汤、致密。圖9(b)為涂層的截面組織特征嗜吉。分析表明莱火，涂層組織致密、孔隙率較低（<1%）熄自，看不到明顯的孔隙和孔洞驻碟，而且涂層與基體的結(jié)合非常緊密仪从，基體表面一些不平的缺陷都被涂層填充。這有利于提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度卸禽，減少裂紋源潜狭，從而有利于提高涂層的耐磨性。EDAX能譜分析表明洪稿，圖9(c)中淺色區(qū)域為硬質(zhì)WC陶瓷相谭央，深色區(qū)域為金屬Co粘結(jié)相。圖10為涂層XRD衍射譜疟位。分析結(jié)果表明瞻润，噴涂層主要由WC相、金屬Co相及少量W2C相構(gòu)成甜刻。W2C相的產(chǎn)生是由于噴涂過程中WC顆粒在高溫下分解形成的绍撞。涂層的這種組織結(jié)構(gòu)有利于硬質(zhì)陶瓷顆粒承受載荷和抵抗砂粒犁削作用，對提高涂層的抗油潤滑砂粒磨損性能非常有利得院。

圖9  超音速等離子噴涂12Co-WC涂層的表面(a)傻铣、截面(b)及截面放大圖(c)

　　實車研究表明，超音速等離子噴涂12Co-WC涂層在油潤滑條件下耐砂粒磨損性能極為優(yōu)異祥绞，無論砂粒尺寸如何變化非洲、潤滑油中砂粒含量有何不同，其耐磨性均明顯優(yōu)于原始基體蜕径。

　　圖11為超音速等離子噴涂12Co-WC涂層的磨痕表面两踏，可見涂層表面只被砂粒磨出了很細(xì)微的犁溝。摩擦學(xué)理論認(rèn)為兜喻，當(dāng)涂層表面硬度Hm和磨粒硬度Ha之比大于0.8時為軟磨粒磨損缆瓣；而當(dāng)Hm/Ha小于0.8時，材料的抗磨能力急劇下降圣辩，為硬磨粒磨損。在本試驗條件下岛盗，涂層與磨粒的硬度之比約等于0.85匆罗，因此，涂層與對摩件之間主要發(fā)生軟磨粒磨損萄尽，在試樣磨損表面僅出現(xiàn)輕微擦傷痕跡记辖，表現(xiàn)出良好的抗磨性能。

　　超音速等離子噴涂12Co-WC涂層由于噴涂顆粒飛行速度高倡照，WC顆粒的分解及Co的燒損都比較少苗圃，形成了典型的“硬質(zhì)相+軟基體”的耐磨組織。涂層中突出的WC硬質(zhì)相直接承受載荷声屯，保護(hù)基體不受磨粒的作用惫饲，摩擦副和砂粒主要和硬質(zhì)相發(fā)生接觸和滑動摩擦褂圣，由于這些高硬的陶瓷相與摩擦副及砂粒發(fā)生粘著的幾率很小，所以涂層磨損很小裤础。而軟基體Co相主要起支撐硬質(zhì)相的作用懊悯，能夠改善涂層韌性，增加硬質(zhì)相與基質(zhì)相之間的粘接強(qiáng)度梦皮，減小涂層在砂粒和摩擦副沖擊下剝落的可能炭分。當(dāng)施加載荷時，承受壓力增大的硬質(zhì)相顆粒陷入軟基體中剑肯，將使更多的硬質(zhì)顆粒承載而達(dá)到載荷均勻分布捧毛。

2.5超音速等離子噴涂Al2O3/TiO2納米結(jié)構(gòu)涂層耐磨性能研究

    　利用裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室研究開發(fā)的HEPJ高效能超音速等離子噴涂還制備出了Al2O3/TiO2納米結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層。