·1056· 工程科学学报，第39卷，第7期 镍铝青铜合金(nickel aluminum bronze,NAB)广 泛应用于铸造大型船舶螺旋桨、海水泵体等海洋工程 零部件四.在海洋环境中，藤壶、贻贝等污损生物会附 着在镍铝青铜合金零部件表面，污损生物的分泌物呈 现出不同的酸碱性，因此镍铝青铜合金需要在不同pH 粒子碰撞速度及临界速 最佳尺寸范围 涂层致密度降低， 10-45m 沉积效率下降 碰撞速度 值的环境中工作，这使得镍铝青铜合金面临着严峻而 复杂的腐蚀和磨损失效-习.焊接是修复失效镍铝青 临界速度 铜螺旋桨的主要手段，Thapliyal等使用搅拌摩擦焊技 术制得镍铝青铜修复涂层，但是涂层的孔隙率较高，并 粒子大小 且焊接层热影响区大，容易造成镍铝青铜合金零部件 图1粉末粒径，临界速度和碰撞速度之间经验关系) 热变形.冷喷涂技术具有结合强度较高、孔隙率 Fig.1 Empirical relationship of particle size,V and V 低、热影响区小等特点，是修复海洋装备失效合金零部 件的有效手段-).丁锐圆利用冷喷涂技术制备了 CuCu,0涂层，研究了涂层的防污性能，实验结果证 明30%Cu-70%Cu,0的冷喷涂涂层可以达到最佳的 防污效果.Neodo等网研究了铸态镍铝青铜在pH值4 至9的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为，研究发现在 pH值为4的酸性条件下镍铝青铜选相腐蚀行为会发 生改变.镍铝青铜合金零部件在工作时受到水中砂砾 的摩擦磨损同样不容忽视，而现阶段未见镍铝青铜合 金及其涂层耐腐蚀磨损性能研究的报道，因此本研究 利用冷喷涂技术制备了镍铝青铜涂层，观察其微观组 织形貌.为了进一步探讨镍铝青铜合金及其涂层在更 图2镍铝青铜粉末微观形貌 为恶劣的酸性和碱性环境中耐腐蚀磨损性能，重点研 Fig.2 Morphology of NAB powder 究了涂层在pH值为3、7和11的条件下电化学腐蚀性 能和腐蚀磨损行为，为镍铝青铜零部件的维修与再制 30um左右，适宜用于制备冷喷涂涂层 造提供理论依据. 1.2电化学实验 采用科斯特CS电化学工作站测试涂层与基体在 1实验部分 不同pH值环境下的动电位极化曲线.实验前将试样 1.1冷喷涂涂层制备 切割成l0mm×10mm×10mm正方体试样，非工作面 粘贴导电胶，使用环氧树脂+聚酰胺树脂密封，36h室 采用CGT-Kinetiks4000冷喷涂设备，喷涂压力 温固化后用砂纸将工作面打磨洁净.参比电极为饱和 3.5MPa,预热温度700℃，载气气体使用工业用氮，喷 甘汞电极；辅助电极为P;腐蚀介质为质量分数3.5% 涂距离30mm,送粉率40g"min.基体选用镍铝青铜 的NaCl溶液，使用NaOH和HCl调节溶液pH值为3、 9442合金，合金成分如表1所示，合金中存在着Cu含 量最高的a相、Al存在于Cu中的固溶体B相以及富 7和11，扫描速度为0.33mVs. Fe相K相@，冷喷涂前对基体进行喷砂预处理 1.3腐蚀磨损实验 Schmidt等根据大量实验研究得出粉末粒径、临界速度 使用MFT-4000型表面性能试验仪对涂层与基体 Vm与碰撞速度Vm之间的经验关系，如图1所示，对 在pH值为3、7和I1的NaCl溶液腐蚀环境下的摩擦 于大多数金属材料来说，粒径分布为10~45μm时最 磨损行为进行测试.采用直线往复摩擦形式，载荷为 有利于得到致密的冷喷涂层四。冷喷涂粉末采用气 20N,摩擦时间100min,摩擦长度5mm,摩擦速度50 雾法制备的镍铝青铜Cu402F,图2是粉末微观形貌. mm·min.实验完成后记录摩擦系数并使用扫描电 由图可知，粉末形状规则，流动性良好，粒径分布在 镜观察磨痕微观形貌， 表1镍铝青铜9442合金成分（质量分数） 2 结果与讨论 Table 1 Chemical elements of NAB 9442# 2.1涂层微观形貌 Cu Ni Fe Mn 图3为镍铝青铜冷喷涂涂层截面形貌.如图可 85.17 6.01 4.64 2.86 1.32 知，涂层与基体分界面明显，涂层致密，孔隙主要出现工程科学学报，第 39 卷，第 7 期 镍铝青铜合金( nickel aluminum bronze，NAB) 广 泛应用于铸造大型船舶螺旋桨、海水泵体等海洋工程 零部件［1］． 在海洋环境中，藤壶、贻贝等污损生物会附 着在镍铝青铜合金零部件表面，污损生物的分泌物呈 现出不同的酸碱性，因此镍铝青铜合金需要在不同 pH 值的环境中工作，这使得镍铝青铜合金面临着严峻而 复杂的腐蚀和磨损失效［2--3］． 焊接是修复失效镍铝青 铜螺旋桨的主要手段，Thapliyal 等使用搅拌摩擦焊技 术制得镍铝青铜修复涂层，但是涂层的孔隙率较高，并 且焊接层热影响区大，容易造成镍铝青铜合金零部件 热变形［4--5］． 冷喷涂技术具有结合强度较高、孔隙率 低、热影响区小等特点，是修复海洋装备失效合金零部 件的有 效 手 段［6--7］． 丁锐［8］ 利用 冷 喷 涂 技 术 制 备 了 Cu--Cu2O 涂层，研究了涂层的防污性能，实验结果证 明 30% Cu--70% Cu2O 的冷喷涂涂层可以达到最佳的 防污效果． Neodo 等［9］研究了铸态镍铝青铜在 pH 值 4 至 9 的 NaCl 溶液中的电化学腐蚀行为，研究发现在 pH 值为 4 的酸性条件下镍铝青铜选相腐蚀行为会发 生改变． 镍铝青铜合金零部件在工作时受到水中砂砾 的摩擦磨损同样不容忽视，而现阶段未见镍铝青铜合 金及其涂层耐腐蚀磨损性能研究的报道，因此本研究 利用冷喷涂技术制备了镍铝青铜涂层，观察其微观组 织形貌． 为了进一步探讨镍铝青铜合金及其涂层在更 为恶劣的酸性和碱性环境中耐腐蚀磨损性能，重点研 究了涂层在 pH 值为 3、7 和 11 的条件下电化学腐蚀性 能和腐蚀磨损行为，为镍铝青铜零部件的维修与再制 造提供理论依据． 1 实验部分 1. 1 冷喷涂涂层制备 采用 CGT--Kinetiks4000 冷 喷 涂 设 备，喷 涂 压 力 3. 5 MPa，预热温度 700 ℃，载气气体使用工业用氮，喷 涂距离 30 mm，送粉率 40 g·min － 1 ． 基体选用镍铝青铜 9442 合金，合金成分如表 1 所示，合金中存在着 Cu 含 量最高的 α 相、Al 存在于 Cu 中的固溶体 β 相以及富 Fe 相 K 相［10］，冷 喷 涂 前 对 基 体 进 行 喷 砂 预 处 理． Schmidt 等根据大量实验研究得出粉末粒径、临界速度 Vcrit与碰撞速度 Vimpact之间的经验关系，如图 1 所示，对 于大多数金属材料来说，粒径分布为 10 ～ 45 μm 时最 有利于得到致密的冷喷涂层［11］． 冷喷涂粉末采用气 雾法制备的镍铝青铜 Cu402F，图 2 是粉末微观形貌． 由图可知，粉末形状规则，流动性良好，粒径分布在 表 1 镍铝青铜 9442 合金成分( 质量分数) Table 1 Chemical elements of NAB 9442# % Cu Al Ni Fe Mn 85. 17 6. 01 4. 64 2. 86 1. 32 图 1 粉末粒径、临界速度和碰撞速度之间经验关系［11］ Fig． 1 Empirical relationship of particle size，Vcrit，and Vimpact 图 2 镍铝青铜粉末微观形貌 Fig． 2 Morphology of NAB powder 30 μm 左右，适宜用于制备冷喷涂涂层． 1. 2 电化学实验 采用科斯特 CS 电化学工作站测试涂层与基体在 不同 pH 值环境下的动电位极化曲线． 实验前将试样 切割成 10 mm × 10 mm × 10 mm 正方体试样，非工作面 粘贴导电胶，使用环氧树脂 + 聚酰胺树脂密封，36 h 室 温固化后用砂纸将工作面打磨洁净． 参比电极为饱和 甘汞电极; 辅助电极为 Pt; 腐蚀介质为质量分数 3. 5% 的 NaCl 溶液，使用 NaOH 和 HCl 调节溶液 pH 值为 3、 7 和 11，扫描速度为 0. 33 mV·s － 1 ． 1. 3 腐蚀磨损实验 使用 MFT--4000 型表面性能试验仪对涂层与基体 在 pH 值为 3、7 和 11 的 NaCl 溶液腐蚀环境下的摩擦 磨损行为进行测试． 采用直线往复摩擦形式，载荷为 20 N，摩擦时间 100 min，摩擦长度 5 mm，摩擦速度 50 mm·min － 1 ． 实验完成后记录摩擦系数并使用扫描电 镜观察磨痕微观形貌． 2 结果与讨论 2. 1 涂层微观形貌 图 3 为镍铝青铜冷喷涂涂层截面形貌． 如图可 知，涂层与基体分界面明显，涂层致密，孔隙主要出现 · 6501 ·