低合金高強(qiáng)鋼表面電弧噴涂鋁涂層的力學(xué)——電化學(xué)行為研究.pdf

1、深海的開發(fā)力度逐漸加大,隨之而來的是結(jié)構(gòu)材料的選用,其中低合金高強(qiáng)鋼便被廣泛應(yīng)用于深海環(huán)境。以屬于柔性結(jié)構(gòu)的鉆井隔水管為例,其工作環(huán)境為具有強(qiáng)腐蝕性的海水全浸區(qū),同時還承受波浪和海流等外載荷的作用,導(dǎo)致其失效形式主要為腐蝕疲勞。前期研究表明,噴態(tài)鋁涂層具有機(jī)械阻隔和陰極防護(hù)雙重作用,能顯著提高構(gòu)件的抗腐蝕疲勞性能,但涂層的作用過程和機(jī)制還不清楚。本文主要針對涂層的機(jī)械阻隔期,研究涂層在載荷力學(xué)因素和腐蝕電化學(xué)因素共同作用下涂層的微觀結(jié)構(gòu)

2、和性能的變化規(guī)律,探討載荷作用對涂層中介質(zhì)滲透情況的影響。
　　 以X80鋼為基體,利用電弧噴涂技術(shù)在其表面制備噴態(tài)鋁涂層,利用原位拉伸技術(shù)跟蹤涂層及涂層/基體結(jié)合處的形貌隨外加載荷的變化情況,利用靜態(tài)拉伸結(jié)合電子探針技術(shù)(EPMA)研究載荷作用下涂層中介質(zhì)的滲透情況。結(jié)果表明:鋁涂層屬于脆性涂層,易發(fā)生斷裂損壞;在涂層/基體結(jié)合處的基體處會萌生裂紋源,且向基體內(nèi)部延伸擴(kuò)展,裂紋的產(chǎn)生與涂層裂紋無關(guān);介質(zhì)在受載涂層中的滲透與應(yīng)力

3、和腐蝕兩方面有關(guān),應(yīng)力在浸泡初期起主要作用,會導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)的快速破壞,涂層致密性下降,出現(xiàn)大量的孔洞缺陷,介質(zhì)可以快速滲入涂層內(nèi)部,隨時間的延長,腐蝕的電化學(xué)效果主要發(fā)揮作用,介質(zhì)在涂層內(nèi)的擴(kuò)散與涂層的腐蝕有關(guān);當(dāng)涂層受到嚴(yán)重破壞時,涂層的機(jī)械阻隔作用將急劇下降,喪失其機(jī)械阻隔防護(hù)效果,無法保護(hù)鋼基體免受介質(zhì)的腐蝕。
　　 無應(yīng)力條件下,涂層試樣會承受腐蝕的電化學(xué)效果,可將測試期內(nèi)的電化學(xué)阻抗譜(EIS)可分為四個階段:Cl-對

4、鈍化膜的吸附破壞、腐蝕產(chǎn)物形成、介質(zhì)與基體相接觸及誘發(fā)電偶腐蝕階段。腐蝕疲勞條件下涂層試樣的電化學(xué)行為變化與彎曲載荷和腐蝕作用均有關(guān)系,載荷的大小和性質(zhì)使試樣在初期差別較大,但均可將所得的EIS分為四個階段:應(yīng)力作用破壞表面鈍化膜、涂層破損出現(xiàn)微裂紋、介質(zhì)進(jìn)一步滲達(dá)涂層/基體結(jié)合處和誘發(fā)電偶腐蝕階段。盡管載荷會導(dǎo)致涂層破損甚至形成微裂紋,但在本文研究中,受損涂層仍能對基體提供有效的防護(hù)效果,這表明對于陽極型涂層,其陰極防護(hù)的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大