316 工程科学学报，第43卷，第3期 1.0 位为-0.615V,相对较高，且涂层的腐蚀率分别为 3.5%NaCL,298K 基体的l/2和镀锌钢(Galvanized steel)的l/3,此时 0.5 非晶涂层表现出最优的耐蚀性.这是由于非晶合 0 金涂层的耐蚀性是由非晶含量与孔隙率共同影响 316L 的.喷涂功率过低，涂层的致密性较低，腐蚀易发 -0.5 HVAF coating 生在孔隙处，涂层耐蚀性降低：但喷涂功率过高， 致密性虽然显著提升，但非品含量会随着晶相的 -1.0 1045 steel 析出而降低，腐蚀会优先发生在氧化物相和纳米 -l.5 晶相处，耐蚀性同样会降低.因此，当喷涂功率为 1x10x10i×10x10x10x10听x10°0.010.1110 29kW时，涂层的致密性与非晶含量匹配最佳，耐 Current density,i/(A-cm) 蚀性最佳.因此应选择适当的喷涂功率，以平衡涂 图9涂层、316L钢和1045钢在质量分数3.5%NaC1溶液中的动电 位极化曲线四 层致密性和非晶含量之间的关系，从而最大限度 Fig.9 Potentiodynamic polarization curves of the high-velocity air-fuel 地提高涂层的耐蚀性 coating,316L steel,and 1045 steel in mass fraction of 3.5%NaCl solutionBs] 1.0 18.6kW 更低的腐蚀电流密度以及更宽的钝化区域.如 0.5 29.0kW 35.5kW 图10所示，图10(b)中标记部分为不锈钢在碱性 Substrate 0 Galvanized steel 溶液中腐蚀产生的裂纹，在图10(d)中也可以清晰 地看到不锈钢在中性盐溶液中产生的腐蚀孔洞， 说明非晶合金涂层相较不锈钢涂层具有更好的抵 -1.0 抗局部腐蚀的能力 -1.5 a b 1x101×101×101×101×1030.010.11 Current density,i/(A-cm-) 图11不同喷涂功率下的非品合金涂层、基体和镀锌钢的动电位极 化曲线可 Fig.11 Potentiodynamic polarization curves of the Fe-based composite coatings,deposited with various plasma powers,in comparison with 20μm 20m galvanized steel and mild steel substrate (c) (d) Kumar等Bl在上述研究的基础上继续研究了 等离子喷涂功率和涂层厚度对耐蚀性的影响，分 别利用等离子喷涂在25、30和35kW的喷涂功率 下制备2种厚度的Fe基非晶合金涂层，分别喷涂 20μm 20m 2道和3道.研究结果表明，喷涂功率在30kW时， 喷涂3道的涂层展现出最优的耐蚀性.喷涂功率 图10电化学试验后的表面形貌图a2molL-1NaOH溶液中的涂 层(a)和不锈钢(b):3.5%NaCI溶液中的涂层(c)和不锈钢(d) 对涂层耐蚀性的影响规律与Kumar等B7的研究结 Fig.10 SEM images of surfaces after the electrochemical test 果相吻合，而且涂层越厚，孔隙率越低，涂层的耐 coating (a)and stainless steel (b)in 2 mol-L NaOH solution;coating (c) 蚀性更好 and stainless steel (d)in 3.5%NaCl solution 上述研究表明，可以通过调节喷涂工艺参数 上述研究表明，热喷涂制备的非晶合金涂层 和调节涂层厚度等方式，合理优化工艺设计，从而 具有比不锈钢等传统防腐涂层更优异的耐蚀性 有效地提升涂层的耐蚀性.Liu等B9利用超音速 研究人员在此基础上继续探索提升涂层耐蚀性的 等离子喷涂制备了一种FeCrNbB非晶合金涂层， 方法.Kumar等B7利用等离子喷涂制备了一种 并研究了其在不同热处理温度下耐蚀性的变化 FeCrSiBC非品合金涂层，并研究了喷涂功率对耐 如图12所示，随着退火温度升高，腐蚀失重速率 蚀性的影响规律.如图11所示，当喷涂功率为29kW 迅速升高，当退火温度为650℃时，腐蚀失重量最 时涂层腐蚀电流密度最低，为16μAcm之，腐蚀电 大，约为未经热处理涂层损失量的4.5倍.由于超更低的腐蚀电流密度以及更宽的钝化区域. 如 图 10 所示，图 10（b）中标记部分为不锈钢在碱性 溶液中腐蚀产生的裂纹，在图 10（d）中也可以清晰 地看到不锈钢在中性盐溶液中产生的腐蚀孔洞， 说明非晶合金涂层相较不锈钢涂层具有更好的抵 抗局部腐蚀的能力. 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm (c) (a) (b) (d) 图 10    电化学试验后的表面形貌图[36] . 2 mol·L−1 NaOH 溶液中的涂 层（a）和不锈钢（b）；3.5% NaCl 溶液中的涂层（c）和不锈钢（d） Fig.10     SEM  images  of  surfaces  after  the  electrochemical  test[36] : coating (a) and stainless steel (b) in 2 mol·L−1 NaOH solution; coating (c) and stainless steel (d) in 3.5% NaCl solution 上述研究表明，热喷涂制备的非晶合金涂层 具有比不锈钢等传统防腐涂层更优异的耐蚀性. 研究人员在此基础上继续探索提升涂层耐蚀性的 方法. Kumar 等[37] 利用等离子喷涂制备了一种 FeCrSiBC 非晶合金涂层，并研究了喷涂功率对耐 蚀性的影响规律. 如图 11 所示，当喷涂功率为 29 kW 时涂层腐蚀电流密度最低，为 16 μA·cm−2，腐蚀电 位为−0.615 V，相对较高，且涂层的腐蚀率分别为 基体的 1/2 和镀锌钢 (Galvanized steel) 的 1/3，此时 非晶涂层表现出最优的耐蚀性. 这是由于非晶合 金涂层的耐蚀性是由非晶含量与孔隙率共同影响 的. 喷涂功率过低，涂层的致密性较低，腐蚀易发 生在孔隙处，涂层耐蚀性降低；但喷涂功率过高， 致密性虽然显著提升，但非晶含量会随着晶相的 析出而降低，腐蚀会优先发生在氧化物相和纳米 晶相处，耐蚀性同样会降低. 因此，当喷涂功率为 29 kW 时，涂层的致密性与非晶含量匹配最佳，耐 蚀性最佳. 因此应选择适当的喷涂功率，以平衡涂 层致密性和非晶含量之间的关系，从而最大限度 地提高涂层的耐蚀性. 1.0 0.5 −0.5 −1.0 −1.5 0 Potential, E/V Current density, i/(A·cm−2) 18.6 kW 23.7 kW 29.0 kW 35.5 kW Substrate Galvanized steel 1×10 −7 1×10 −6 1×10 −5 1×10 −4 1×10 −3 0.01 0.1 1 图 11    不同喷涂功率下的非晶合金涂层、基体和镀锌钢的动电位极 化曲线[37] Fig.11    Potentiodynamic polarization curves of the Fe-based composite coatings,  deposited  with  various  plasma  powers,  in  comparison  with galvanized steel and mild steel substrate[37] Kumar 等[38] 在上述研究的基础上继续研究了 等离子喷涂功率和涂层厚度对耐蚀性的影响，分 别利用等离子喷涂在 25、30 和 35 kW 的喷涂功率 下制备 2 种厚度的 Fe 基非晶合金涂层，分别喷涂 2 道和 3 道. 研究结果表明，喷涂功率在 30 kW 时， 喷涂 3 道的涂层展现出最优的耐蚀性. 喷涂功率 对涂层耐蚀性的影响规律与 Kumar 等[37] 的研究结 果相吻合，而且涂层越厚，孔隙率越低，涂层的耐 蚀性更好. 上述研究表明，可以通过调节喷涂工艺参数 和调节涂层厚度等方式，合理优化工艺设计，从而 有效地提升涂层的耐蚀性. Liu 等[39] 利用超音速 等离子喷涂制备了一种 FeCrNbB 非晶合金涂层， 并研究了其在不同热处理温度下耐蚀性的变化. 如图 12 所示，随着退火温度升高，腐蚀失重速率 迅速升高，当退火温度为 650 ℃ 时，腐蚀失重量最 大，约为未经热处理涂层损失量的 4.5 倍. 由于超 1.0 0.5 0 −0.5 Potential, E/ V −1.0 −1.5 1×10 −9 1×10 −8 1×10 −7 1×10 −6 1×10 −5 1×10 −4 1×10 −3 0.01 0.1 1 10 316 L HVAF coating 1045 steel Current density, i/(A·cm−2) 3.5% NaCl, 298 K 图 9    涂层、316L 钢和 1045 钢在质量分数 3.5% NaCl 溶液中的动电 位极化曲线[35] Fig.9    Potentiodynamic polarization curves of the high-velocity air-fuel coating,  316L  steel,  and 1045 steel  in  mass  fraction  of  3.5% NaCl solution[35] · 316 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期