摘要
锌合金及碳钢表面镀锌层,因热控性能差、耐腐蚀性能差等问题,限制了其扩大应用.本文采用微弧氧化和微弧沉积工艺在纯锌表面制备微弧氧化和微弧沉积涂层,探究不同制备工艺条件对涂层生长与组织结构的影响,研究不同涂层组织结构与热辐射、耐腐蚀性能的关系. 结果表明:通过电解液体系筛选确定微弧氧化电解液组成成分为Na2SiO3-NaAlO2-KOH,在锌表面获得高质量均匀微弧氧化涂层.涂层由ZnO组成,表面疏松多孔、内层致密;且涂层与锌基体结合良好.微弧氧化电压过高会使涂层表面发生烧蚀,厚度降低;增加微弧氧化时间,涂层变厚,但表面结构变疏松.优化的微弧氧化参数为电压(U)250V、氧化时间(t)为5min,此时可获得厚度为18μm的较高质量涂层. 微弧氧化涂层可提高锌基体的抗腐蚀性能.其中U=250V、t=2min时微弧氧化涂层的腐蚀性能较好,腐蚀电流密度最小为4.58×10-7A·cm-2,涂层极化电阻为5.22×104Ω·cm2.在3.5%NaCl溶液中长期浸泡腐蚀结果表明,锌基体及微弧氧化涂层的耐腐蚀性先增加后降低. 在350℃下测试不同微弧氧化涂层发射率结果表明:锌金属的平均发射率为0.49;微弧氧化涂层可显著提高锌的发射率值,但涂层发射率受微弧氧化时间和电压参数影响,当U=350V、t=5min时涂层发射率最高为0.91. 此外,在NaH2PO4-Ca3(PO4)2体系中采用微弧沉积法制备出Zn3(PO4)2.4H2O涂层.涂层表面由不规则的块状晶体组成,微弧沉积电压U=650V、微弧沉积时间t=5min时,涂层中出现新生物相ZnO.增加微弧沉积时间和电压,涂层变厚,且涂层表面块状晶体逐渐被簇状小颗粒所覆盖.优化后的微弧沉积工艺(U=250V、t=5min),可获得厚度为16μm、涂层表面质量较好的涂层. 微弧沉积涂层可提高锌金属的抗腐蚀性能,其中U=250V、t=5min涂层的抗腐蚀性能较好,腐蚀电流密度最小为2.40×10-6A·cm-2,涂层极化电阻为1.03×104Ω·cm2.在3.5%NaCl溶液中长期浸泡腐蚀表明,微弧沉积涂层的耐腐蚀性呈现先增加后降低规律,144h后微弧沉积涂层耐腐蚀性能仍优于锌基体.锌金属在生物模拟体液(SBF)浸泡培养实验表明,随浸泡时间增加,基体表面颜色逐渐变暗沉,试样质量先增大,但随着浸泡时间增加,试样质量减少.生成微弧沉积涂层后锌金属在生物模拟体液浸泡培养,浸泡过程中表面会出现明显白色沉积产物,并且随浸泡时间增加,涂层表面白色区域覆盖面积增加.随浸泡时间增加,涂层试样质量先增加后减少.浸泡时间增加,涂层块状晶表面会有颗粒状簇状物生成,并随时间增加颗粒状簇状物覆盖面积增加.涂层试样表面钙元素含量随浸泡时间逐渐增加,钙含量增加表明试样表面生物活性磷酸盐沉积物生成增加.
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