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陶瓷涂层耐腐蚀性能的国内外研究进展

时间:2021-03-03 23:17:01  来源:  作者:

陶瓷涂层被广泛用于减少腐蚀潮湿环境中结构钢的腐蚀。但是,在恶劣的环境中,陶瓷涂层的使用寿命通常会缩短。由于材料、人工和环境的控制,修复涂层的成本可能很高。为此,国内外研究者对陶瓷涂层的耐腐蚀性能和行为做了很多研究。Wang等在20CrMn钢板上制备了h-BN基陶瓷涂层。研究了陶瓷涂层钢板和未涂层钢板在SO2H2S和硫酸盐条件下的耐高温腐蚀性能。结果表明:涂层烧结后,玻璃粘结剂与超细陶瓷粉体集料紧密结合,形成相对致密的涂层。水的蒸发、添加剂的分解以及涂层与钢基体热膨胀系数的差异,都会在涂层表面形成少量的微裂纹。涂层与钢基体呈现马赛克结构,结合良好。Wu等采用AlTi中间层在AZ31镁合金陶瓷涂层上通过反应溅射在镁合金的表面上制备A1涂层。极化电阻和电化学阻抗谱(EIS)测试用于评估耐腐蚀性。

AlOxNy,陶瓷涂层显著提高了镁合金的抗生物腐蚀能力,而Ti中间层则加快了镁合金的腐蚀速度。相反,尽管添加铝中间层稍微改善了AlOxNy,涂层的表面机械性能,但是可以有效地防止腐蚀。结果表明,铝层优先于钛层,并从缺陷的角度探讨了腐蚀失效机理。

研究了中间层对陶瓷涂层/镁合金基体系统耐蚀性的影响。AlOxNy,陶瓷涂层可降低AZ31的电化学活性,并提高表面机械性能。当使用中间层时,钛中间层由于缺陷而增加了镁合金的腐蚀。铝中间层破坏了表面机械性能,但是对降解没有负面影响。这项研究为改进生物医学镁基涂层系统的设计提供了重要数据,但是在未来的应用中,需要根据实际需求进行更多优化。为了提高镁合金的耐蚀性并扩展其在光吸收领域的应用,Bail501等人通过不对称双极脉冲微弧氧化(MAO)技术在AZ31镁合金上制备了黑色的防腐蚀集成陶瓷涂层。研究了施加正脉冲电压对涂层颜色值和腐蚀性能的影响。结果表明,在镁合金的脉冲氧化过程中,Cu2+离子溶解在MgO晶格中形成置换固溶体(Mg1-xCuxO)。颜色值主要由Cu2+离子含量决定。在恒定负脉冲电压的前提下,随着正脉冲电压的增加,Cu2+离子在陶瓷涂层中的固溶度首先增加,然后保持不变,而色值则保持不变。此外,提高正脉冲电压会增加黑色陶瓷涂层的厚度并降低其密度,从而导致防腐性能先升高后降低随着正脉冲电压的增加,Cu2+离子在陶瓷涂层中的固溶度首先增加,然后保持不变,而色值首先减小,然后保持恒定。其中,当正脉冲电压为440V时,陶瓷涂层的最小色值为23,可见光的平均吸收率高达95%。另外,如果正脉冲电压值太高,尽管陶瓷涂层的厚度略有增加,但是由于陶瓷涂层的燃烧损失和增加的孔,陶瓷涂层的致密性和耐腐蚀性会降低。因此,对于镁合金的防腐吸收一体化要求,AZ31镁合金微弧氧化的正脉冲电压的合适范围为440-460V。根据陶瓷涂层的组成和着色机理,镁合金微弧氧化黑陶瓷涂层的防腐和光吸收性能稳定。Li等通过电化学表面工程,在碱金属硅酸盐电解质上添加铺盐的等离子体电解氧化的方法,在Mg-Li合金上制备了氧化物涂层。为了解涂层的性质,研究了它们的表面和横截面形貌,湿润度(35±3°与78±2°),相位和化学成分,腐蚀和摩擦学行为。研究表明,用铺盐制备的氧化物涂层具有更紧凑的结构,缺陷更少(厚度为18um)。并且提高了Mg-Li合金的耐蚀性达到三个数量级,并显著的延迟了局部腐蚀(150h)的发生,同时显著的提高了抗磨性能(摩擦系数为0.19)。近几年在PEO涂层的耐腐蚀性研究较多,在PEO中掺入稳定的金属氧化物,如ZrO2Al203CeO2TiO2SiC,在金属基底上制备耐腐蚀陶瓷复合涂层,试验结果表明涂层的耐腐蚀性能可以大幅度提高。KumarCeO2为掺杂剂,研究了陶瓷基涂层的耐腐蚀性能。采用D-枪喷涂技术在固溶处理的AZ91合金表面沉积涂层。沉积的涂层评估腐蚀反应(动电位极化),用荧光显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪对暴露合金(裸合金和涂层合金)进行了表征。结果表明,CeO2的掺杂以独特的方式对细胞增殖起到了重要的控制作用,并具有生物活性。如图1所示。

 

1 氧化铝涂层AZ91Al2O3+0.8wt%CeO2涂层AZ91的腐蚀试验极化曲线图

Bian等在胶粘陶瓷涂层中植入碳基材料石墨烯,并对复合涂层进行了腐蚀性能研究。结果表明植入石墨烯的胶粘陶瓷涂层跟未植入石墨烯的涂层相比,腐蚀性能得到了明显的提高。机理分析表明,石墨烯独特的结构可以在涂层内部形成复杂的网状结构,该结构有效的阻止腐蚀介质进入涂层内部,延缓了腐蚀的时间,从而提高了复合陶瓷涂层抗腐蚀的能力。结合其他学者的研究表明,碳基纳米材料如石墨烯及碳纳米管由于其优越的比表面积和长径比等特点,可以作为填充物被有效的结合在陶瓷涂层的孔隙中,使陶瓷涂层更加紧实,从而有效的阻止腐蚀介质的进入,提高陶瓷涂层的耐腐蚀能力。


 

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