【摘 要】
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氧化锆陶瓷因具有高耐热性、耐腐蚀性、耐磨损性和与钢铁相近的热膨胀系数等特点使其在金属表面防护方面具有很广泛的应用。大气等离子喷涂技术(APS)因粉末沉积率高、喷涂温度高,喷涂时使用惰性气体保护等优点被常用于沉积高熔点材料。本文采用大气等离子喷涂技术(APS)在304不锈钢表面制备了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层,通过与304不锈钢对比研究了其在3.5wt.%Na Cl下的腐蚀磨损性能。采用激光扫
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氧化锆陶瓷因具有高耐热性、耐腐蚀性、耐磨损性和与钢铁相近的热膨胀系数等特点使其在金属表面防护方面具有很广泛的应用。大气等离子喷涂技术(APS)因粉末沉积率高、喷涂温度高,喷涂时使用惰性气体保护等优点被常用于沉积高熔点材料。本文采用大气等离子喷涂技术(APS)在304不锈钢表面制备了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层,通过与304不锈钢对比研究了其在3.5wt.%Na Cl下的腐蚀磨损性能。采用激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)、X-ray射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和洛式硬度计等对涂层的粗糙度、晶相结构、涂层厚度、表面形貌以及硬度进行了表征。通过电化学工作站和摩擦磨损试验机协同操作对样品施加恒电位来进行腐蚀磨损试验,分别探求在阴极保护条件下,磨擦对腐蚀可能产生的影响;和在阳极促进材料腐蚀作用下,研究腐蚀与磨损的协同作用。对在磨损过程中腐蚀溶液造成的腐蚀电流变化和磨损前后阻抗变化进行测量,利用白光轮廓仪分析了3D磨痕形貌并计算磨损率。结果表明:通过大气等离子喷涂技术制备的YSZ涂层由于晶形稳定剂氧化钇的存在,氧化锆主要为四方相结构,涂层的HRC硬度为87.2,制备涂层厚度均匀,约45μm左右。动电位扫描来看,静态条件下YSZ涂层相比于304不锈钢基体在未发生击穿之前阳极电流密度总体偏低。腐蚀磨损条件下,YSZ涂层具有极低的腐蚀电流密度。在恒电位条件下,YSZ涂层腐蚀电流密度变化趋势与304不锈钢变化趋势一致,但在磨损前后YSZ涂层腐蚀电流密度变化较小,这与动电位扫描一致。对于304不锈钢,在选定的四个电位中,除纯磨损条件下的-0.7V(vs.SCE)外,304不锈钢在其余三个恒电位腐蚀磨损影响下,摩擦系数均明显降低,而对于YSZ涂层来说,除选定电位中最高电位外,其余恒电位腐蚀磨损并没有对YSZ涂层的摩擦系数产生明显影响,表明YSZ涂层相对于304不锈钢具有更好的耐腐蚀磨损能力。从磨损前后的阻抗得出,在阴极电位下,YSZ涂层阻抗性能略有下降,但在阳极电位下,YSZ涂层阻抗性能几乎不变。304不锈钢无论在哪种电位,磨损结束后阻抗性能都会下降。表明YSZ涂层在电化学腐蚀下具有良好的耐腐蚀磨损性。YSZ涂层在纯磨损条件下与304不锈钢相比有着更多的磨损量,这是由于热喷涂陶瓷涂层的缺陷导致的。随着电位的增加,YSZ涂层和304不锈钢的损失量也在增加,但从数据来看,YSZ涂层的增长率明显低于304不锈钢,说明YSZ涂层在恒电位加速腐蚀的条件下对304不锈钢有着很好的保护效果。整体来看,虽然YSZ涂层在纯磨损上相比于304不锈钢有着较高的损失量,但其随着电位的增加增长量很低,无论在静态条件还是腐蚀磨损条件都保持着较低的腐蚀电流密度,并且在对电化学阻抗方面也有着明显的效果。
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