一、鋁稀土涂層的微觀組織
圖2a是鋁稀土涂層鹽霧試驗前的表面形貌。涂層表面凹凸不平，熔融粒子撞擊涂層后發(fā)生扁平化變形，大部分鋪展在涂層的表面，涂層由熔融粒子相互“搭接”而形成。同時由于這種不完全的“搭接”也形成了孔隙。鋁稀土涂層噴涂態(tài)的截面形貌如圖2b所示。涂層的平均厚度為200μm，與基體在界面處呈現(xiàn)出機械嵌合的特征，結(jié)合良好。噴涂粒子熔化充分，部分熔融粒子流入到基體噴砂后形成的通道內(nèi)部。涂層均勻、致密，僅有少量孔隙存在。由此可見自動化高速電弧噴涂能夠獲得均勻、致密、結(jié)合良好的涂層。致密的涂層對于延緩氯離子的滲透，提高涂層的耐蝕性有重要的作用。
二、鋁稀土涂層在鹽霧試驗中的腐蝕機制
Al-RE涂層在鹽霧試驗中表面由腐蝕前的銀白色逐漸變?yōu)榘岛谏?，繼而透紅。鹽霧試驗240 h涂層的表面形貌如圖3a所示?？梢钥吹皆谝曇爸醒胗幸幻黠@的點蝕坑，直徑約100µm。其周圍的鈍化膜已經(jīng)發(fā)生了破碎，并在破碎處形成了大小不等的裂紋，腐蝕介質(zhì)沿著這些裂紋和孔隙向鈍化膜下的涂層滲透侵蝕。由于鋁對氯離子較敏感，其活化電位達–736 mV，在“閉塞電池”的作用下容易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，這些小的局部腐蝕區(qū)隨后合并長大成為大點蝕坑，從而形成穩(wěn)態(tài)點蝕。涂層腐蝕后的截面SEM照片如圖3b所示。圖中A區(qū)為涂層。從圖中明顯可以看到剝落的涂層顆粒和留下的剝落坑，說明腐蝕后鈍化膜剝落是涂層的失效機制之一。此外，對比涂層腐蝕前后的截面SEM照片能夠發(fā)現(xiàn)，涂層中的孔隙和微裂紋等缺陷較腐蝕前大大增加，這些薄弱部位給腐蝕介質(zhì)提供了滲透的通道，使涂層更容易遭受腐蝕。分析認為鋁稀土涂層的失效機制可能是由點蝕破壞和鈍化膜剝落共同導致。
Al-RE涂層鹽霧試驗240 h后的XRD圖譜如圖4所示。涂層表面主要由Al和Al(OH)3構成，這與孫建波的研究相一致。由于Al(OH)3不溶于NaCl水溶液，涂層表面腐蝕產(chǎn)物的附著有利于提高涂層的密閉性。


 
 
三、鋁稀土涂層的電化學噪聲譜
圖5是Al-RE涂層鹽霧試驗不同腐蝕時間的電化學噪聲時域圖。鹽霧試驗開始前，Al-RE涂層電位噪聲波動的幅值較大，并逐漸向負方向漂移，電流噪聲經(jīng)歷了減小—增大—減小的反復過程。電位的隨機變化與Al-RE涂層在自然環(huán)境中生成鈍化膜的溶解與修復有關，試樣表面的鈍化膜處于溶解與重新形成的動態(tài)平衡狀態(tài)，使得電位和電流噪聲出現(xiàn)反復振動。腐蝕72 h，Al-RE涂層的電位發(fā)生負移，說明鈍化膜的保護作用下降。時域圖中電位噪聲的振動頻率加快并繼續(xù)向負方向漂移，暗示著鈍化膜破壞與修復的速度逐漸加快，每一次電位下降對應一次鈍化膜的破裂，隨后的電位回復對應于再鈍化過程。此時涂層處于由鈍化態(tài)向亞穩(wěn)態(tài)點蝕的過渡期。而電流噪聲逐漸減小，這是由于涂層表面仍然覆蓋著較為致密的鈍化膜，使得腐蝕電流較小。
腐蝕120 h，Al-RE涂層的電位負移，說明鈍化膜的保護作用繼續(xù)下降。而電位噪聲的波動峰值與腐蝕72 h相比開始減小，在600 s時電位、電流噪聲開始向正向漂移，標志著涂層的鈍化膜經(jīng)歷了一定時間的破壞后在表面已經(jīng)形成穩(wěn)態(tài)點蝕。鹽霧試驗240 h，Al-RE涂層的電流電位噪聲與開始階段明顯不同，電流、電位噪聲轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛘较蚱疲砻鞔藭r亞穩(wěn)態(tài)點蝕部位已經(jīng)不能再鈍化，鈍化膜遭到嚴重破壞，涂層暴露于腐蝕介質(zhì)并進入快速腐蝕期。根據(jù)電化學噪聲譜隨腐蝕時間的變化規(guī)律，可以推斷出Al-RE涂層在氯粒子環(huán)境下，其鈍化膜經(jīng)歷了亞穩(wěn)態(tài)點蝕—再鈍化—破壞的過程。Al-RE涂層的主要成分是鋁，氧化致鈍是其耐蝕機理。在氧供應充足的條件下，表面形成的鈍化膜為涂層提供保護。由于鈍化膜帶有負電荷，與金屬表面能夠形成類似雙電荷的特征，電子從金屬表面向鈍化膜內(nèi)部擴散是膜生長的控制因素，鈍化膜的生長速度與膜厚成反比，氧是維持膜生長的因素之一，氧向膜內(nèi)擴散需要穿過致密的膜層，膜越厚，擴散越難以進行。
添加微量的稀土元素可以使鈍化膜結(jié)構發(fā)生變化，厚度增加，涂層的耐蝕性也得到提高。在腐蝕介質(zhì)中，噴涂后的涂層由于表面凹凸不平，腐蝕介質(zhì)首先滯留在凹陷部位并逐漸富集，涂層的腐蝕可能首先從這里開始。因為涂層不可避免存在缺陷（如微裂紋、孔隙、雜質(zhì)等），侵蝕性的氯離子吸附在這些缺陷或者涂層較薄弱的部位上，引起局部腐蝕。又由于形成的腐蝕產(chǎn)物Al(OH)3不溶于NaCl水溶液，對腐蝕介質(zhì)起到了屏蔽作用，腐蝕部位在空氣中重新氧化成膜而減弱腐蝕，即再鈍化的過程。腐蝕與再鈍化是一個動態(tài)的過程，達到平衡時，涂層進入了腐蝕抑制期。隨腐蝕時間的延長，涂層中的孔隙和微裂紋越來越多，這可以從圖3b觀察到，時間更長甚至可能出現(xiàn)貫穿型孔隙，使得涂層接觸腐蝕介質(zhì)的機會大大增加，加之表層因顆粒剝落形成的剝落坑，破壞了鈍化膜的完整性，均使腐蝕速率增大，達到一定程度后，腐蝕—再鈍化的平衡被打破，涂層即進入腐蝕加速期，從而使涂層快速破壞。http://www.sdbyf.com