【摘 要】
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非晶态合金由于其原子排列的结构特性,具有强度高、耐磨性好且耐腐蚀的优点。但是非晶态合金本身存在脆性高、韧性差缺陷,且冷却速率高,使其尺寸受限,这些限制了其工业应用。用热喷涂的方式将粉体加热并快速冷却沉积到基材上可使非晶合金突破尺寸限制,另外一方面,由于热喷涂的方式冷却速率快,使非晶合金保留非晶合金结构特征和优异的性能。这将有效提高非晶合金在工业领域的应用。本文将AT13(87 wt.%Al2O3-
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非晶态合金由于其原子排列的结构特性,具有强度高、耐磨性好且耐腐蚀的优点。但是非晶态合金本身存在脆性高、韧性差缺陷,且冷却速率高,使其尺寸受限,这些限制了其工业应用。用热喷涂的方式将粉体加热并快速冷却沉积到基材上可使非晶合金突破尺寸限制,另外一方面,由于热喷涂的方式冷却速率快,使非晶合金保留非晶合金结构特征和优异的性能。这将有效提高非晶合金在工业领域的应用。本文将AT13(87 wt.%Al2O3-13 wt.%TiO2)陶瓷颗粒和TiO2粉末引入铁基非晶涂层之中通过超音速火焰喷涂技术制备得到两种铁基非晶复合涂层,通过扫描电镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站、XPS和XRD等实验仪器研究了两种复合涂层的组织结构以及两种复合涂层耐磨和耐腐蚀性能。超音速火焰喷涂制备的AT13复合涂层和TiO2复合涂层中表面熔融状态较好,涂层表面存在少量孔隙。TiO2复合涂层内部结构较为致密,同时存在TiO2和非晶相,涂层致密度较高。通过摩擦磨损实验表明,在相同磨损实验条件下,TiO2复合涂层的磨损形貌主要由剥落凹坑和犁沟,其磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,AT13复合涂层中由于AT13陶瓷颗粒的加入,涂层表面的犁沟现象明显少于TiO2复合涂层,磨损机制主要疲劳磨损。两种复合涂层摩擦系数均呈现为先升高后降低再趋于稳定,AT13复合涂层摩擦系数较小,磨痕最浅且磨损率最小,在两种复合涂层中的磨损稳定性最好,耐磨性最优。通过动电位极化和开路电位测试,研究两种不同铁基非晶复合涂层和Q235及304不锈钢在人工模拟海水中的具体腐蚀行为的差异。结果表明AT13复合涂层和TiO2复合涂层的耐蚀性明显优于Q235基体,且低于304不锈钢,其中AT13复合涂层在人工海水的耐蚀性要优于TiO2复合涂层。将AT13复合涂层和TiO2复合涂层进行长期人工海水浸泡实验,通过电化学阻抗谱分析,AT13复合涂层腐蚀速率呈现先减小后增大的趋势,TiO2复合涂层的整个腐蚀过程分为三个时期:腐蚀前期、腐蚀中期和腐蚀后期。通过建立等效电路模型阐述了两种复合涂层在人工海水中的腐蚀机制。本文通过AT13复合涂层和TiO2复合涂层在硫酸盐还原菌(SRB)的长期浸泡实验,AT13在SRB中31d的腐蚀过程可以分为两个阶段,腐蚀前期(0-10d)和腐蚀后期(17d-31d)。在腐蚀前期,腐蚀介质沿涂层孔隙不断深入,涂层的腐蚀速率随之增加。随浸泡时间增长,代谢和腐蚀产物富集在涂层表面形成了生物膜。填充了涂层的孔洞和缝隙,从而阻塞了腐蚀介质的传输通道,使得微生物对涂层表面的腐蚀速率减小。浸泡后期涂层表面SRB作用下,附着在涂层表面的生物膜逐渐分解,SRB的代谢会产生大量的代谢产物和酸性物质产物改变了溶液和电极之间的结构,腐蚀呈现逐渐加重的趋势。TiO2复合涂层在SRB溶液长期浸泡中,腐蚀速率呈现先快后慢再快最后再减慢,整体趋势呈现减慢。通过荧光显微镜和SEM照片,发现TiO2复合涂层表面SRB较少,在SRB中的耐蚀性要明显好于AT13复合涂层,主要原因是因为TiO2具有很好的抗菌效果。通过拟合电路和对腐蚀产物的分析,阐述了两种复合涂层在SRB溶液中的腐蚀机制。
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