第9期 刘安强等：含氯离子环境下锌铝伪合金涂层的耐蚀性及电化学特性 ·1055· 合金涂层1.研究表明因：适当提高铝含量可以 1.2形貌观察与结构分析 显著增强锌铝合金涂层整体的耐蚀性能，但当A山的 采用FEI Quanta250环境扫描电镜(ESEM)观 质量分数大于15%时，将导致合金丝的脆性增大， 察热喷涂后试样横截面的显微组织形貌及盐雾试验 合金丝的加工成型比较困难，影响了其应用.因而， 后试样的表面形貌，结合能谱分析仪定量分析腐蚀 目前以热喷涂ZnH5%A!合金丝材制备的涂层应 产物的化学成分.利用日本理学Dmax-RC旋转阳 用最为广泛. 极X射线衍射仪分析腐蚀产物的相结构.衍射条件 为了研究高铝含量的ZA!合金涂层的耐蚀性 为：Cu靶的K,为辐射源，管压40kV,电流为150 能，国内外多家科研机构采用电弧喷涂粉芯丝材技 mA,扫描范围20=10°~100°，步宽为0.02°，扫描速 术制备了高Al含量的ZAl伪合金涂层.结果表 率为10°min-1. 明：高Al含量的ZnAl伪合金涂层的防腐蚀性能要 1.3盐雾试验 优于ZnH5%Al合金涂层m.有学者通过盐雾加 盐雾试验按照ASTM B11707标准进行，试验 速试验和电化学试验对ZAl伪合金涂层耐蚀性进 设备为美国Q一Panel公司的Q-Fog CCT1100型循 行研究，A!含量的增加可以提高涂层抗白锈的能 环腐蚀盐雾箱.试验条件为：盐雾箱内温度控制在 力，特别是均匀分布着富Zn相和富Al相的涂层在 35±1℃，采用质量分数为(5±0.5)%中性NaCl溶 NaCl溶液中的抗白锈能力至少提高3倍.Shaw 液连续盐雾，pH范围为6.5~7.2.取样周期设定为 等图指出：只要ZAl伪合金喷涂层均匀分布的富 96、192、384和768h,盐雾试验后的试样用去离子水 Al相多于ZnH5%Al合金涂层，其耐蚀性就优于 冲洗、干燥后进行表面形貌观察和电化学测试 ZnH5%Al合金涂层.目前，对ZnAl伪合金涂层的 1.4电化学阻抗谱测试 研究主要集中在成分设计和工艺制备上，而对其腐 电化学阻抗谱测试在Princeton VMP.3电化学工 蚀机理方面的研究较少 作站上进行，采用三电极体系，工作电极为涂层试 本文采用电弧热喷涂技术制备了纯Zn及Zn- 样，工作电极面积为10mm×10mm,参比电极为饱 A!伪合金涂层，通过盐雾试验及电化学阻抗谱测 和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂电极，测试温度为 试，并结合腐蚀产物的X射线衍射及涂层腐蚀后表 室温，腐蚀介质为质量分数3.5%的NaCl溶液.测 面形貌分析，对Zn及ZnAl伪合金涂层在盐雾环境 试前工作电极在溶液中静置浸泡I5min,待自腐蚀 中的腐蚀行为进行评价，分析探讨了伪合金涂层在 电位稳定后开始测量.测试激励信号为幅值5mV 含Clˉ环境中的腐蚀电化学特性 的正弦波，扫描频率范围为100mHz~10kHz. 1 实验方法 2结果与讨论 1.1实验材料 2.1涂层组织观察与结构分析 基体材料为Q235钢板，喷涂材料采用中3mm 图1为电弧热喷涂纯锌及锌铝伪合金涂层的横 的Zn和b2mm的Al丝材.采用电弧热喷涂技术在 截面扫描电镜(SEM)照片.从图中可以看出，涂层 Q235基体表面制备出纯锌和锌铝伪合金涂层，涂层 呈现出典型的层状结构特征，组织致密，无粗大孔隙 厚度约为50μm. 或夹杂.变形颗粒之间咬合较好，相互交错成波浪 (b) 基体 20 jm 基体 20m 图1涂层横截面扫描电镜照片.(a)纯锌涂层：(b)锌铝伪合金涂层 Fig.1 SEM morphologies of the coating cross-sections:(a)Zn coating:(b)Zn-Al pseudo-alloy coating第 9 期 刘安强等: 含氯离子环境下锌铝伪合金涂层的耐蚀性及电化学特性 合金涂层［1--5］． 研究表明［6］: 适当提高铝含量可以 显著增强锌铝合金涂层整体的耐蚀性能，但当 Al 的 质量分数大于 15% 时，将导致合金丝的脆性增大， 合金丝的加工成型比较困难，影响了其应用． 因而， 目前以热喷涂 Zn-15% Al 合金丝材制备的涂层应 用最为广泛． 为了研究高铝含量的 Zn-Al 合金涂层的耐蚀性 能，国内外多家科研机构采用电弧喷涂粉芯丝材技 术制备了高 Al 含量的 Zn-Al 伪合金涂层． 结果表 明: 高 Al 含量的 Zn-Al 伪合金涂层的防腐蚀性能要 优于 Zn-15% Al 合金涂层［7］． 有学者［6］通过盐雾加 速试验和电化学试验对 Zn-Al 伪合金涂层耐蚀性进 行研究，Al 含量的增加可以提高涂层抗白锈的能 力，特别是均匀分布着富 Zn 相和富 Al 相的涂层在 NaCl 溶液中的抗白锈能力至少提高 3 倍． Shaw 等［8］指出: 只要 Zn-Al 伪合金喷涂层均匀分布的富 Al 相多于 Zn-15% Al 合金涂层，其耐蚀性就优于 Zn-15% Al 合金涂层． 目前，对 Zn-Al 伪合金涂层的 研究主要集中在成分设计和工艺制备上，而对其腐 蚀机理方面的研究较少． 图 1 涂层横截面扫描电镜照片． ( a) 纯锌涂层; ( b) 锌铝伪合金涂层 Fig． 1 SEM morphologies of the coating cross-sections: ( a) Zn coating; ( b) Zn-Al pseudo-alloy coating 本文采用电弧热喷涂技术制备了纯 Zn 及 Zn￾Al 伪合金涂层，通过盐雾试验及电化学阻抗谱测 试，并结合腐蚀产物的 X 射线衍射及涂层腐蚀后表 面形貌分析，对 Zn 及 Zn-Al 伪合金涂层在盐雾环境 中的腐蚀行为进行评价，分析探讨了伪合金涂层在 含 Cl － 环境中的腐蚀电化学特性． 1 实验方法 1. 1 实验材料 基体材料为 Q235 钢板，喷涂材料采用 3 mm 的 Zn 和 2 mm 的 Al 丝材． 采用电弧热喷涂技术在 Q235 基体表面制备出纯锌和锌铝伪合金涂层，涂层 厚度约为 50 μm． 1. 2 形貌观察与结构分析 采用 FEI Quanta250 环境扫描电镜( ESEM) 观 察热喷涂后试样横截面的显微组织形貌及盐雾试验 后试样的表面形貌，结合能谱分析仪定量分析腐蚀 产物的化学成分． 利用日本理学 Dmax--RC 旋转阳 极 X 射线衍射仪分析腐蚀产物的相结构． 衍射条件 为: Cu 靶的 Kα1 为辐射源，管压 40 kV，电流为 150 mA，扫描范围 2θ = 10° ～ 100°，步宽为 0. 02°，扫描速 率为 10°·min － 1 ． 1. 3 盐雾试验 盐雾试验按照 ASTM B117—07 标准进行，试验 设备为美国 Q--Panel 公司的 Q--Fog CCT1100 型循 环腐蚀盐雾箱． 试验条件为: 盐雾箱内温度控制在 35 ± 1 ℃，采用质量分数为( 5 ± 0. 5) % 中性 NaCl 溶 液连续盐雾，pH 范围为 6. 5 ～ 7. 2． 取样周期设定为 96、192、384 和 768 h，盐雾试验后的试样用去离子水 冲洗、干燥后进行表面形貌观察和电化学测试． 1. 4 电化学阻抗谱测试 电化学阻抗谱测试在 PrincetonVMP3 电化学工 作站上进行，采用三电极体系，工作电极为涂层试 样，工作电极面积为 10 mm × 10 mm，参比电极为饱 和甘汞电极( SCE) ，辅助电极为铂电极，测试温度为 室温，腐蚀介质为质量分数 3. 5% 的 NaCl 溶液． 测 试前工作电极在溶液中静置浸泡 15 min，待自腐蚀 电位稳定后开始测量． 测试激励信号为幅值 5 mV 的正弦波，扫描频率范围为 100 mHz ～ 10 kHz． 2 结果与讨论 2. 1 涂层组织观察与结构分析 图 1 为电弧热喷涂纯锌及锌铝伪合金涂层的横 截面扫描电镜( SEM) 照片． 从图中可以看出，涂层 呈现出典型的层状结构特征，组织致密，无粗大孔隙 或夹杂． 变形颗粒之间咬合较好，相互交错成波浪 ·1055·