低合金高强钢表面电弧喷涂铝涂层的力学——电化学行为研究

摘要

深海的开发力度逐渐加大,随之而来的是结构材料的选用,其中低合金高强钢便被广泛应用于深海环境。以属于柔性结构的钻井隔水管为例,其工作环境为具有强腐蚀性的海水全浸区,同时还承受波浪和海流等外载荷的作用,导致其失效形式主要为腐蚀疲劳。前期研究表明,喷态铝涂层具有机械阻隔和阴极防护双重作用,能显著提高构件的抗腐蚀疲劳性能,但涂层的作用过程和机制还不清楚。本文主要针对涂层的机械阻隔期,研究涂层在载荷力学因素和腐蚀电化学因素共同作用下涂层的微观结构和性能的变化规律,探讨载荷作用对涂层中介质渗透情况的影响。
　　 以X80钢为基体,利用电弧喷涂技术在其表面制备喷态铝涂层,利用原位拉伸技术跟踪涂层及涂层/基体结合处的形貌随外加载荷的变化情况,利用静态拉伸结合电子探针技术(EPMA)研究载荷作用下涂层中介质的渗透情况。结果表明:铝涂层属于脆性涂层,易发生断裂损坏;在涂层/基体结合处的基体处会萌生裂纹源,且向基体内部延伸扩展,裂纹的产生与涂层裂纹无关;介质在受载涂层中的渗透与应力和腐蚀两方面有关,应力在浸泡初期起主要作用,会导致涂层结构的快速破坏,涂层致密性下降,出现大量的孔洞缺陷,介质可以快速渗入涂层内部,随时间的延长,腐蚀的电化学效果主要发挥作用,介质在涂层内的扩散与涂层的腐蚀有关;当涂层受到严重破坏时,涂层的机械阻隔作用将急剧下降,丧失其机械阻隔防护效果,无法保护钢基体免受介质的腐蚀。
　　 无应力条件下,涂层试样会承受腐蚀的电化学效果,可将测试期内的电化学阻抗谱(EIS)可分为四个阶段:Cl-对钝化膜的吸附破坏、腐蚀产物形成、介质与基体相接触及诱发电偶腐蚀阶段。腐蚀疲劳条件下涂层试样的电化学行为变化与弯曲载荷和腐蚀作用均有关系,载荷的大小和性质使试样在初期差别较大,但均可将所得的EIS分为四个阶段:应力作用破坏表面钝化膜、涂层破损出现微裂纹、介质进一步渗达涂层/基体结合处和诱发电偶腐蚀阶段。尽管载荷会导致涂层破损甚至形成微裂纹,但在本文研究中,受损涂层仍能对基体提供有效的防护效果,这表明对于阳极型涂层,其阴极防护的效果要远远大于机械阻隔作用。