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钢铁材料是世界上应用最为广泛的金属材料,在交通、建筑、石油化工等领域有着深度的应用,然而在湿度大、Cl离子含量高的海洋环境下服役时,钢材不可避免地会与腐蚀介质发生化学反应而被腐蚀。Al、Zn和Zn-Al合金等材料已经被广泛应用于海洋腐蚀环境中钢材表面的防腐涂层,不过均存在较明显的不足之处。最近,研究发现Zn-Cu-Ti合金不仅拥有良好的综合力学性能,也具备优异的耐蚀性能,表现出能被用作钢材涂层材料的前景。为此,本文设计熔炼Zn-（0.3～0.9）Cu-0.3Ti、Zn-0.6Cu-0.3Ti-（0.3～0.6）Ce和Zn-0.6Cu-0.3Ti-（0.1～0.3）Mg三个系列合金（简称Zn-Cu-Ti-M合金）,并利用电弧喷涂技术在Q235上制备合金涂层,研究合金及涂层的组织特征及腐蚀性能,探索合金及涂层的腐蚀机制。研究了Zn-Cu-0.3Ti合金的凝固组织,发现该合金组织中析出相有Cu Zn5,Ti Zn3和Ti Zn15,Cu Zn5纳米颗粒（15nm-50nm）弥散分布在Zn基体内部,微米级Ti Zn3颗粒（0.8μm-2.5μm）存在于相界面附近,条状的Ti Zn15相存在于晶界处。随着Cu含量的增加,Zn基体由不发达枝晶或等轴晶形貌演变为等轴晶形貌,并且析出的Cu Zn5纳米颗粒明显增多。添加稀土Ce后,Zn-0.6Cu-0.3Ti合金中析出Ce Zn5微米颗粒,其分布于Zn基体内部或者相界面处,Ce的添加促进Zn基体以枝晶方式生长,并可以细化Zn枝晶和二次枝晶。微量Mg添加到Zn-0.6Cu-0.3Ti合金后,在晶界处析出长条状Mg Zn2相,并且促使Zn基体以等轴晶方式生长。分析了Zn-Cu-Ti-M合金涂层的组织特征,发现合金涂层厚度均匀,在110μm左右,并与基材结合良好。相比于Zn-Cu-Ti-M合金,涂层的组织状态与对应合金的有很大的相似性,Zn-Cu-Ti合金涂层中析出Ti Zn3颗粒相,加Ce后涂层中析出Ce Zn5颗粒,添加Mg后涂层组织中发现细条状Mg Zn2相,不同之处是Zn-Cu-Ti-M合金涂层组织更加细小。在研究Zn-Cu-Ti-M合金极化曲线的基础上,发现稀土Ce和Mg添加在整体上提高了Zn-Cu-Ti合金的自腐蚀电位。Ce和Mg添加均可降低合金的自腐蚀电流密度,添加0.3%Ce后,Zn-0.6Cu-0.3Ti合金的自腐蚀电流从2.76×10-3A/cm2快速降低到58.48×10-5A/cm2,添加0.1%Mg后该合金的自腐蚀电流降低到34.52×10-5 A/cm2,这主要归因于Zn基体的细化以及难溶解Ce Zn5与Mg Zn2相的析出。过多Ce或Mg添加不能对合金的耐蚀性产生积极的作用。腐蚀时间的延长,Zn-Cu-Ti-M合金的自腐蚀电流逐渐降低,腐蚀20d后Zn-0.6Cu-0.3Ti-0.3Ce和Zn-0.6Cu-0.3Ti-0.1Mg合金的自腐蚀电流分别降低到26.06×10-5A/cm2和19.25×10-5A/cm2。腐蚀时间越长,Cu、Ce和Mg含量对Zn-Cu-Ti-M合金腐蚀性能的影响越弱,这主要归因于长时间腐蚀促使Zn-Cu-Ti-M合金表面均形成较致密的腐蚀层。相比于Zn-Cu-Ti-M合金,Zn-Cu-0.3Ti合金涂层具有更低的自腐蚀电流,Zn-0.6Cu-0.3Ti涂层的自腐蚀电流只有15.48×10-5A/cm2,比对应合金的低一个数量级,这主要归功于涂层更加细小的组织。Ce或Mg添加进一步降低了合金涂层的自腐蚀电流,且Ce或Mg含量的提高有助于提高涂层的耐蚀性能,可能的原因是在快速冷却条件下Ce或Mg在Zn基体中的固溶度增加。随着腐蚀时间的延长,发现Zn-Cu-Ti-M合金涂层的腐蚀电流密度总体上呈现出先降低后增加再降低的趋势。Zn-Cu-Ti-M合金和涂层的阻抗谱均只有一个容抗弧,添加Ce和Mg元素和延长腐蚀时间均可提高合金腐蚀产物层阻抗值,添加0.3%Ce后,Zn-0.6Cu-0.3Ti合金的阻抗为从75.6Ω.cm2增加到87.39Ω.cm2,添加0.1%Mg后,该阻抗增加到92.16Ω.cm2。在Zn-Cu-Ti-M合金涂层中也发现类似的规律,不过相比于合金,涂层的腐蚀产物层阻抗更高,Zn-0.6Cu-0.3Ti合金腐蚀产物阻抗为1678Ω.cm2。这归功于电弧喷涂时涂层中带入少量的O元素以及涂层细小的组织。Zn-Cu-Ti-M合金和涂层在3.5%Na Cl溶液中浸泡初期,形成的产物为Zn（OH）2和少量的Zn5（OH）8Cl2·H2O,腐蚀5d后,产物演变为Zn5（OH）8Cl2·H2O和Zn O,还存在微量的Ti、Cu、Ce以及Mg的氧化物或氢氧化物,单体腐蚀产物不是纯相,而是复合相,是Zn5（OH）8Cl2·H2O,Zn O等的复合物。不过产物中Zn O的比重有较大差异,由于Ce和Mg对Zn（OH）2向Zn O转变有抑制作用,致使Zn-Cu-Ti-M合金腐蚀产物层中Zn O含量较低。腐蚀产物形貌从最初的片状演变为稳定的球状。动态腐蚀下Zn-Cu-Ti-M合金和涂层的腐蚀产物成分和形貌演变与其静态腐蚀的有很大的相似性,此外,发现Zn-Cu-Ti-M合金和涂层均有着相似的腐蚀过程。