孙晓峰等：不同H值环境中镍铝青铜冷喷涂涂层腐蚀磨损性能 ·1057· 在涂层表面，粒子沉积效果良好，扁平化较为明显，涂 层厚度约为300μm.图4给出了涂层的表面形貌.如 图可知，大多数粒子发生了剧烈的塑性形变，变形瞬间 在局部发生了绝热剪切失稳，粒子露出新鲜的金属裙 边，形成了稳定的金属键，这是涂层结合的主要机制之 一四.涂层表面存在着孔隙和裂纹，这是因为涂层表 面没有后续粒子的冲击夯实，造成表面粒子不存在微 锻效应，少数粒子塑性形变量较小，依靠机械堆垛结合 在一起，圆形粒子之间就会形成孔隙与裂纹.涂层表 面的缺陷会增加涂层与腐蚀介质的接触面积并给C· 提供通道入侵基体 图4涂层表面形貌 Fig.4 Morphology of coating surface 位E,致钝电位E越低，金属耐腐蚀性能越好国.在 溶液pH值为3和11的环境中，涂层的致钝电位略低 于基体，自腐蚀电位高于基体，自腐蚀电流比基体降低 了一个数量级，这说明涂层在酸性和碱性的条件下的 耐腐蚀性能优于基体；在pH值为7的环境中，涂层的 致钝电位略高于基体，自腐蚀电位低于基体，自腐蚀电 流高于基体一个数量级，因此在中性环境中涂层的耐 腐蚀性能比基体差.不同H环境中，涂层和基体表现 图3涂层截面形貌 出相似的耐腐蚀性能特征，在pH值为11的环境中耐 Fig.3 Morphology of coating cross-section 腐蚀性能最好，pH值为7的环境中次之，pH值为3的 2.2涂层电化学腐蚀性能 环境中最差.镍铝青铜合金在腐蚀环境中依靠下面三 图5所示为镍铝青铜基体与冷喷涂涂层的动电位 个反应产生了A,0,和Cu,0的保护膜：阴极主要发 极化曲线.基体与涂层在三种pH环境中均形成了钝 生了氧气的氧化反应(a):02+2H20+4eˉ→40H°： 化区：并且在pH值为11的环境中，均在阳极区提前 AI在阳极产生A1,O,保护膜的化学方程式(b):A1+ 形成了钝化区，致钝电位降低.三种pH环境中，阳极 4CI→AlCL;+3e,AlC1,+3H,0→A1(0H),+3H*+ 极化区内基体发生钝化后，未形成稳定钝化区而直接 4C,2A1(OH),→AL0,+3H20,Cu在阳极产生Cu0 进入了过钝化区，而涂层在阳极极化区内形成了稳定 的保护膜的化学方程式(c):Cu+2C°-2eˉ→CuCl,, 钝化区.使用Cview软件对基体与涂层在不同pH环 2CuCl+20H°→Cu,0+H,0+4Cl°.由于在pH值为 境中的动电位极化曲线进行Tafel拟合后得到的自腐 3的环境中存在着大量H消耗了阴极产生的OHˉ，使 蚀电位E,自腐蚀电流Im,致钝电位E如表2所示. 得反应(b)和(c)无法正常进行，推迟了保护膜的生 由于镍铝青铜是钝性合金，因此应该优先比较致钝电 成，所以在H值为3的环境中镍铝青铜基体和涂层 0.4a 。-pH值为3的环境中 0.6 (b) 0- pH值为3的环境中 pH值为11的环境中 pH值为7的环境中 。值为的环境中 pH值为7的环境中 0.3 0 03 0.8 0.6 _7 -6 -54 3 -2 7 -6 -5 4 -3 -2 腐蚀电流，l顶Acm汀 腐蚀电流，lg川Acm) 图5镍铝青铜基体与涂层动电位极化曲线.(a)镍铝青铜基体动电位极化曲线：()镍铝青铜涂层动电位极化曲线 Fig.5 Polarization curves of NAB substrate and coating:(a)polarization curves of NAB substrate:(b)polarization curves of NAB coating孙晓峰等: 不同 pH 值环境中镍铝青铜冷喷涂涂层腐蚀磨损性能 在涂层表面，粒子沉积效果良好，扁平化较为明显，涂 层厚度约为 300 μm． 图 4 给出了涂层的表面形貌． 如 图可知，大多数粒子发生了剧烈的塑性形变，变形瞬间 在局部发生了绝热剪切失稳，粒子露出新鲜的金属裙 边，形成了稳定的金属键，这是涂层结合的主要机制之 一［12］． 涂层表面存在着孔隙和裂纹，这是因为涂层表 面没有后续粒子的冲击夯实，造成表面粒子不存在微 锻效应，少数粒子塑性形变量较小，依靠机械堆垛结合 在一起，圆形粒子之间就会形成孔隙与裂纹． 涂层表 面的缺陷会增加涂层与腐蚀介质的接触面积并给 Cl － 提供通道入侵基体． 图 3 涂层截面形貌 Fig． 3 Morphology of coating cross-section 图 5 镍铝青铜基体与涂层动电位极化曲线 . ( a) 镍铝青铜基体动电位极化曲线; ( b) 镍铝青铜涂层动电位极化曲线 Fig． 5 Polarization curves of NAB substrate and coating: ( a) polarization curves of NAB substrate; ( b) polarization curves of NAB coating 2. 2 涂层电化学腐蚀性能 图 5 所示为镍铝青铜基体与冷喷涂涂层的动电位 极化曲线． 基体与涂层在三种 pH 环境中均形成了钝 化区; 并且在 pH 值为 11 的环境中，均在阳极区提前 形成了钝化区，致钝电位降低． 三种 pH 环境中，阳极 极化区内基体发生钝化后，未形成稳定钝化区而直接 进入了过钝化区，而涂层在阳极极化区内形成了稳定 钝化区． 使用 Cview 软件对基体与涂层在不同 pH 环 境中的动电位极化曲线进行 Tafel 拟合后得到的自腐 蚀电位 Ecorr，自腐蚀电流 Icorr，致钝电位 Eb如表 2 所示． 由于镍铝青铜是钝性合金，因此应该优先比较致钝电 图 4 涂层表面形貌 Fig． 4 Morphology of coating surface 位 Eb，致钝电位 Eb越低，金属耐腐蚀性能越好［13］． 在 溶液 pH 值为 3 和 11 的环境中，涂层的致钝电位略低 于基体，自腐蚀电位高于基体，自腐蚀电流比基体降低 了一个数量级，这说明涂层在酸性和碱性的条件下的 耐腐蚀性能优于基体; 在 pH 值为 7 的环境中，涂层的 致钝电位略高于基体，自腐蚀电位低于基体，自腐蚀电 流高于基体一个数量级，因此在中性环境中涂层的耐 腐蚀性能比基体差． 不同 pH 环境中，涂层和基体表现 出相似的耐腐蚀性能特征，在 pH 值为 11 的环境中耐 腐蚀性能最好，pH 值为 7 的环境中次之，pH 值为 3 的 环境中最差． 镍铝青铜合金在腐蚀环境中依靠下面三 个反应产生了 Al2O3和 Cu2O 的保护膜［14］: 阴极主要发 生了氧气的氧化反应( a) : O2 + 2H2 O + 4e － →4OH － ; Al 在阳极产生 Al2 O3 保护膜的化学方程式( b) : Al + 4Cl － →AlCl － 4 + 3e － ，AlCl － 4 + 3H2O→Al( OH) 3 + 3H + + 4Cl － ，2Al( OH) 3→Al2O3 + 3H2O，Cu 在阳极产生 Cu2O 的保护膜的化学方程式( c) : Cu + 2Cl － － 2e － →CuCl － 2 ， 2CuCl － 2 + 2OH － →Cu2O + H2O + 4Cl － ． 由于在 pH 值为 3 的环境中存在着大量 H + 消耗了阴极产生的 OH － ，使 得反应( b) 和( c) 无法正常进行，推迟了保护膜的生 成，所以在 pH 值为 3 的环境中镍铝青铜基体和涂层 · 7501 ·