BS960高强钢表面热喷涂-喷丸复合处理及其性能研究

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中文摘要：针对低合金高强钢(BS960)在海洋环境下应用遇到的腐蚀问题，本文采用热喷涂工艺在BS960高强钢表面制备传统Zn、Zn/23Al以及Al合金涂层和高熵合金涂层，并采用喷丸强化处理优化涂层微观结构，在此基础上探究了其耐腐蚀等性能及其微观机制，具体内容如下：采用等离子喷涂工艺在BS960高强钢表面分别制备了纯Zn、Al6061合金和Zn/23Al合金涂层，并对这些涂层进行了微粒子喷丸强化处理。对涂层的表面形貌、显微硬度和残余应力进行了表征，并分别通过电化学试验、盐雾试验和模拟海水腐蚀试验对涂层的耐腐蚀性能进行了评价。结果表明：经微粒子喷丸强化处理后，涂层更致密，表面显微硬度提高，提高幅度达到20-30HV；以Al6061合金涂层为例，微粒子喷丸强化后，表面残余应力由拉应力(17MPa)变为压应力(-102MPa)。对涂层的耐蚀性能进行探究，在极化试验中发现加入Al元素并进行微粒子喷丸处理可提高Zn涂层的耐蚀性；EIS结果表明，在3.5wt%NaCl的电解液中，Al合金涂层因自身的钝化膜存在而具有较高的腐蚀电阻，进行微粒子喷丸处理后Zn和Al6061合金涂层的阻抗得到改善，Zn/23Al合金涂层的电荷转移电阻降低。对试样进行7天中性盐雾试验发现，基体与涂层样品的重量都在不断增加，其中基体表现出成指数性增加，而涂层样品则表现出缓慢增加的趋势；同时通过EDS和XRD测试分析得到腐蚀试验后涂层表层的元素和腐蚀产物。通过对盐雾试验和浸泡腐蚀试验的试样表面形貌观察中可以明显看出，微粒子喷丸强化后的三种涂层的耐蚀性都得到了提高，其中微粒子喷丸强化的Zn/23Al合金涂层的耐蚀性最好。Zn/23Al合金涂层的耐蚀性提高主要归功于微粒子喷丸强化和Al元素的加入。采用四种不同的等离子喷涂功率(40KW、43.5KW、47KW、50.5KW)在BS960高强钢表面制备了FeCoNiCrMo0.2高熵合金涂层，并进行微粒子喷丸强化处理。对涂层的表面形貌、显微硬度和相组成进行了表征，并通过腐蚀试验和摩擦磨损试验评价了涂层的耐蚀和耐磨性。XRD结果表明，高熵合金涂层具有面心立方结构，在喷丸过程中没有形成新的相。同时，喷丸处理可有效提高涂层表面硬度并改善表层均匀性，4种工艺条件下，喷涂功率为47KW的涂层表面在喷丸前后显微硬度和均匀性最高。电化学实验测试表明，涂层的耐蚀性均高于基体(BS960)，喷丸处理后涂层的腐蚀电流和腐蚀电位得到进一步改善，在9组样品中功率为47KW的涂层经喷丸处理后性能最优，EIS测得其阻抗值为2750.0Ω，Tafel测得其腐蚀电流密度为1.58×10-4A/cm2，腐蚀电位为-1.016V。盐雾试验中通过SEM形貌观察到高熵涂层经喷丸处理后表层腐蚀形貌得到明显改善，喷丸处理前四种涂层的缺陷不断加深，喷丸处理后的涂层保持较完整的表面形貌。摩擦磨损试验表明喷丸处理后四种功率的高熵合金涂层的摩擦系数分别为0.5854，0.5597，0.4162和0.4915，较未喷丸样品降低了33.7%，35.1%，37.0%，45.9%。

作者：

郑嘉懿

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关键词：

BS960高强钢 Zn-Al涂层高熵合金涂层等离子喷涂盐雾试验电化学摩擦磨损

授予学位：

硕士

学科专业：

材料与化工

导师：

詹科

学位年度：

2023

学位授予单位：

上海理工大学

语种：

中文

中图分类号：