·456· 北京科技大学学报 2005年第4期 系列小点组成的同心圆的多晶衍射环.因此钼基 1000 涂层是非晶和多晶混合涂层，并且多晶的晶粒为 纳米级.可见通过控制等离子喷涂工艺的参数是 500 可以制备非晶纳米晶涂层的.这种涂层的制备方 法简单，降低了加工成本，提高了涂层制备的生 0 产效率，更有利于非晶纳米晶涂层在实际生产中 -500 的应用和推广， 2.5电化学分析 -1000 涂层的电化学特性直接反映了涂层的耐蚀 性能，一般而言，涂层的耐蚀性能和涂层的孔隙 -60 -40 -20 0 10 率有关. 1/(mA.cm) 图5等离子喷涂Mo基合金涂层的电化学极化曲线 其主要原因是：涂层孔隙的存在减弱了涂层 Fig 5 Electrochemistry polarization curves of plasma sprayed Mo 的隔离作用，腐蚀介质可以直接穿过涂层到达基 base alloy coatings 体，发生涂层下腐蚀.同时孔隙的存在使涂层的 表面不均匀，涂层各点的微观腐蚀电位不同，容 (即致钝电位)时，涂层形成了钝化膜，使涂层开 易形成微观腐蚀电池，加快涂层腐蚀.因此，提高 始进入钝化状态：电位继续升高，涂层的电流密 涂层的孔隙率可以很好地提高涂层的耐蚀性， 度几乎保持不变，表明涂层处于稳定的钝化状 Mo基涂层的孔隙在少部分区域分布不均匀外， 态.当电位升高到接近754.0mV时，电流密度显 其他的区域分布比较均匀，组织结构致密. 著增加，表明涂层的钝化状态被破坏钝化膜发生 图5为大气等离子喷涂M0基非晶纳米晶涂 溶解，涂层进入了活化溶解状态， 层在3.S%NaC1溶液中的极化曲线.可见：涂层在 按表2数据，根据Fraday定律计算，可以得 3.5%NaCl溶液中存在钝化现象，其自腐蚀电位 到Mo基涂层和基体在3.S%NaC1溶液中的腐蚀 为-437.1mV:在电位升高的初期，电流密度呈线 电流密度分别为6.459μAcm2和8.724Acm2, 性增加，涂层处于活化溶解状态：即线性极化状 腐蚀速度分别为0.869mma和0.896mma1.因 态：电位增加到-6601mV时，极化曲线出现了一 而在相同条件下涂层比0Cr13Ni5Mo不锈钢有更 个平台，电流密度急剧增加：当电位继续增加时， 高的耐蚀性，涂层的耐蚀性相对于0Cr13Ni5Mo 电流密度增加的比较缓慢：电位升高到283.0mV 不锈钢提高了3.13% 表2M0基非晶纳米晶涂层极化过程中的电化学参数 Table 2 Electrochemical parameters of Mo base amorphous and nanocrystalline alloy coatings in polar ization process E(F-0)/(mV) I(R)/(HA.cm') 材料 2 3 平均 2 廊蚀速度/(mm~a) 3 平均 Mo基涂层 -500.9 -443.8-437.1-460.66.6754.7028.001 6.459 0.869 0Cr13Ni5Mo不锈锅 -350.4 -404.3-382.1-378.9 7.5299.5229.123 8.724 0.896 3结论 尺寸：Mo1 Fe2C10平均晶粒为34.34nm,FeC平均 晶粒为40.90nm, (I)利用大气等离子喷涂技术成功制备了Mo (3)等离子喷涂后Mo基非晶纳米晶涂层的显 基非晶纳米晶涂层， 微硬度最高达到1426.9HV,平均显傲硬度为 (2)Mo基合金粉末经过等离子喷涂后发生部 1047.6HV, 分晶态物质转变为非晶态物质，但仍然有部分晶 (5)M0基非晶纳米晶涂层组织致密，无明显 态物质未发生转变，弥散分布在涂层中，其未转 的粗大裂纹和粗大孔隙；特别是亮区组织致密， 变的晶态物质主要为MoFezC0和Fe,C相.用衍 无微裂纹和微小孔隙.整个涂层具有比较典型的 射峰的半高宽经过谢乐公式（其中常数取0.89,1 层状结构形貌，但是涂层整体存在一定的孔隙 取0.1542nm)分别计算了这两种物质的平均晶粒 率，其平均孔隙率为5.05%.. 4 56 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 4 期 奋、闰日 系列 小 点组成 的同心 圆 的多 晶衍射 环 . 因此 钥基 涂层 是非 晶和 多 晶混合 涂层 , 并且 多晶 的 晶粒为 纳米 级 . 可 见通 过控 制 等离 子喷 涂工 艺 的参数 是 可 以制备 非 晶纳米 晶涂 层 的 . 这种 涂层 的制备 方 法 简单 , 降低 了加 工成 本 , 提 高 了涂层 制备 的 生 产 效率 , 更 有利 于非 晶纳 米 晶涂层 在 实际 生产 中 的应用 和 推广 . .2 5 电化学 分析 涂 层 的 电化 学 特 性 直 接 反 映 了涂 层 的耐 蚀 性 能 , 一般 而 言 , 涂 层 的耐蚀 性能 和涂 层 的孔 隙 率有 关 . 其 主要 原 因是 : 涂 层孔 隙 的存 在减 弱 了涂 层 的隔离 作用 , 腐 蚀 介质可 以直 接 穿过涂 层 到达 基 体 , 发生 涂 层下 腐蚀 . 同时孔 隙的存 在 使涂 层 的 表 面不 均 匀 , 涂 层各 点 的微 观 腐蚀 电位 不 同 , 容 易形 成微 观腐 蚀 电池 , 加快 涂层 腐蚀 . 因此 , 提 高 涂 层 的 孔 隙 率 可 以 很好 地 提 高 涂 层 的耐 蚀 性 . M 。 基 涂层 的孔 隙在 少 部分 区 域分 布 不均 匀外 , 其 他 的 区域 分布 比较均 匀 , 组 织 结 构致 密 . 图 5 为 大气 等离子 喷涂 M。 基 非 晶纳 米 晶涂 层 在 3 . 5% N a C I溶 液中 的极化 曲线 . 可见 : 涂层 在 3 . 5 % N a C I 溶液 中存在 钝 化现 象 , 其 自腐蚀 电位 为一 4 3 7 . l m v ; 在 电位 升 高的初 期 , 电流密度 呈 线 性 增 加 , 涂层处 于活 化 溶解 状 态 ; 即线性 极 化状 态 ; 电位 增加 到 一 6 60 . l m V 时 , 极 化 曲线 出现 了一 个平 台 , 电流 密度 急剧 增加 ; 当 电位 继续 增加 时 , 电流 密 度增 加 的 比较缓 慢 ; 电位升 高 到 2 83 . O m V 一 6 0 一 4 0 一 2 0 0 10 I 找功八 cm Z ) 图 5 等 离子喷 涂 M o 基 合金 涂层 的 电化 学极 化曲线 F ig S E城otr c h o m 如t叮 p o la 血 a 廿0 . e u r y . . o f p la s . a s p ar y e d M o b a s e a ilo y c o a U n 妙 ( 即致 钝 电位 ) 时 , 涂 层 形成 了钝化 膜 , 使涂 层 开 始进 入钝 化 状态 ; 电位 继 续升 高 , 涂 层 的 电流 密 度 几 乎 保 持 不变 , 表 明涂 层 处 于 稳定 的钝 化状 态 . 当 电位 升 高到接 近 7 54 .0 m V 时 , 电流 密 度显 著 增加 , 表 明涂 层 的钝化 状态 被破 坏钝 化膜 发 生 溶解 , 涂 层进 入 了活 化 溶解状 态 . 按表 2 数 据 , 根据 rF ad ay 定 律计 算〔间 , 可 以得 到 M o 基 涂层和 基 体在 3 . 5% Na CI 溶 液 中的腐 蚀 电流 密 度 分别 为 .6 4 59 睡 · c m 一 , 和 .8 7 24 叭 · cm 一 , , 腐蚀 速 度分 别 为 .0 8 69 ~ · a 一 ,和 .0 8% nmI · a 一 , . 因 而在 相 同条 件 下涂 层 比 O C r l 3M S M o 不 锈钢 有 更 高 的耐蚀 性 , 涂 层 的 耐蚀 性相 对 于 o rC l 3iN 5M 。 不锈 钢提 高 了 3 . 13 % . 表 Z M 。 基非 晶纳米 晶涂层 极化 过程 中的 电化学 参数 aT b l e 2 E lec t功 e h e m ic a l P a ar 口 e et 月 o f M o b a s . a m o rP h o u s a n d . a n o e yr s扭山 . e . U o y e o a 幼. gs i n P ol a r 俪U o . p or e es s 材 料 后(R ) (/必 · c m Z ) 平 均 平 均 腐 蚀速度 (/ ~ · a 一 ) M 。 基涂 层 OC r 1 3N i5 M o 不 锈钢 一 50 0 9 一 3 5 0 4 一 4 4 3 8 一 4 0 4 . 3 一 4 37 . 1 一 3 82 . 1 一 4 6 0 . 6 一 3 7 8 9 6 . 6 7 5 7 . 5 2 9 4 7 0 2 9 5 2 2 8 . 00 1 9 . 12 3 6 . 4 5 9 0 . 8 6 9 8 . 7 2 4 0 8 9 6 3 结 论 ( l) 利 用大 气 等离子喷 涂 技术 成功 制备 了 M o 基 非 晶纳 米 晶涂 层 . (2 )M o 基 合 金粉 末 经过 等 离子 喷涂 后 发生 部 分 晶态 物质 转变 为 非 晶态 物 质 , 但仍 然有 部分 晶 态 物 质 未发 生转 变 , 弥散 分布 在 涂 层 中 , 其未 转 变 的 晶态 物质 主 要 为 M olz F耘C : 。 和 eF 3C 相 . 用 衍 射 峰的 半高 宽经 过 谢乐 公 式 (其 中常数 取 .0 89 , 几 取 0 . 154 2 nl )分别 计 算 了这 两 种物质 的平 均 晶粒 尺 寸 : M o , Z F勒 C L。 平 均 晶粒 为 3 4 . 3 4 nm , F e 3 C 平均 晶粒 为 40 . 90 nl . (3 ) 等离子 喷涂 后 M o 基 非 晶纳 米 晶涂层 的显 微 硬度 最 高达 到 1 4 26 .9 HV , 平 均 显微 硬度 为 1 0 4 7 . 6 HV . ( 5) M o 基 非 晶纳 米 晶涂层 组 织 致密 , 无 明显 的粗 大裂 纹和 粗 大孔 隙 ; 特 别 是亮 区 组织 致 密 , 无 微裂 纹和 微 小孔 隙 . 整个 涂 层具 有 比 较典 型 的 层 状 结 构 形貌 , 但 是涂 层 整 体存 在 一 定 的孔 隙 率 , 其平 均 孔 隙率 为 5 . 05 %