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电弧喷涂技术具有涂层结合强度高、喷涂效率高和经济节能等优点,常用于大型钢结构的防护,在海洋环境或极端恶劣条件下,Zn-Al涂层耐蚀性和耐磨性等方面仍然需要进一步研究。本文通过对电弧喷涂过程模拟分析、设计电弧喷枪结构、优化喷涂工艺参数和研究Zn-Al涂层耐蚀性和耐磨性等性能,从而提高工程和装备的耐久性、安全性和可靠性。首先,采用CFD数值分析方法对电弧喷涂雾化气流场的特征和熔滴在气流中的飞行过程进行研究,分析不同工艺参数对气流和熔滴飞行速度的影响规律。仿真结果表明,气流速度在喷嘴出口处达到最大值,在丝材交点处上下急剧变化,在靠近基体处急剧下降,且基体中心附近的速度为0。熔滴在气流中飞行处于先加速后减速的动态过程,在加速过程中,直径较小和与喷嘴轴线夹角较大处的熔滴在较短的距离内能够加速到最大值。在减速过程中,直径大和与喷嘴轴线夹角较小处的熔滴减速不明显。当喷涂气压变大,气流和熔滴飞行速度越大,喷涂距离在120-180mm范围内有利于熔滴加速并保持高速飞行。然后,通过分析不同丝材交点位置和喷嘴直径比对气流速度的影响规律,对电弧喷枪结构进行优化设计。结果表明,丝材交点离喷嘴出口距离减少至0时,气流速度最大;喷嘴出口与喉部直径比为2时,气流速度最大。其次,研究熔滴碰撞沉积基体的行为特征,以及不同初始条件对熔滴沉积和凝固过程的影响规律。结果表明,高速飞行的熔滴在微妙间扁平化沉积,凝固过程主要发生在熔滴扁平到一定程度后。熔滴的初始直径越小,沉积时间越短,凝固越快,直径越大的熔滴,最后铺张直径越大。初始速度越大,沉积时间越短,扁平更加充分,凝固越快。初始温度越高,沉积时间越长,凝固越慢。再次,研究喷涂电压、电流、距离和气压等工艺参数对涂层的结合强度、显微硬度和耐蚀性的影响规律,并且通过正交试验优化工艺参数。研究发现,涂层的结合强度、显微硬度、耐蚀性都是随着电压、电流、距离、气压的增大,先增大后减少。喷电压、距离和气压依次对涂层的结合强度、显微硬度和耐蚀性影响最显著,最优工艺参数为:喷涂电压为33V、电流为200A、距离为150mm和气压为0.7MPa。最后,通过开路电位(OCP)、动电位极化、EIS测量分析Al、ZnAl合金、Zn-Al伪合金涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡过程中的电化学行为,并比较其耐蚀性。研究发现,与ZnAl合金、Al涂层相比,Zn-Al伪合金涂层具有更强的耐蚀性能。通过Al、ZnAl合金、Zn-Al伪合金涂层摩擦系数、磨痕尺寸、磨损率和磨损形貌等参数和形貌的变化来研究涂层的耐磨性能。研究发现,ZnAl合金涂层的耐磨性最好、其次为Zn-Al伪合金涂层、Al涂层最差。