因此,人们迫切希望找到一种新的喷涂工艺制备金属防腐涂层,从而解决钢铁材料或设备的长效防腐问题。于是,研究人员开始研究冷喷涂技术,冷喷涂是以压缩气体(氮气、氦气、空气等)作为加速气流,带动粉末颗粒(粒径 1~50 μm)以低温(室温至 600 ℃)、超音速(300~1200 m/s)和完全固态下碰撞基板,使颗粒发生强烈的塑性变形而沉积形成涂层。
冷喷涂溅射靶
金属冷喷涂防腐涂层的应用:
1. Al 及Al 合金涂层: Al及Al合金涂层是金属构件腐蚀保护的常用材料。冷喷涂Al涂层比热喷涂涂层均匀致密,孔隙率低,具有较高的耐蚀性。测试铝涂层在海水中的自然腐蚀电位表明,400h后腐蚀电位在0.785 V(vs. SCE)左右波动,可为碳钢提供阴极保护作用;对涂层交流阻抗谱和动电位极化曲线的分析表明,铝涂层表面生成致密的腐蚀产物,阻碍海水中腐蚀介质的扩散,从而降低涂层的腐蚀速度。研究人员在Q235钢基体上制备了不同质量比的Al-Zn涂层。通过扫描电镜观察和能谱分析发现,冷喷涂各组分Al-Zn涂层的内部无明显缺陷,氧化率为 2%~4%,涂层截面孔隙面积很小。开路电位实验表明,1500h后,冷喷涂各组分 Al-Zn涂层的电位基本稳定在1.0 V(vs. SCE),可以长效地为钢基体提供阴极保护作用。通过测定涂层在海水中的腐蚀电流发现,24d后各组分 Al-Zn 涂层的腐蚀电流密度稳定在 1 μA/cm 2 左右,涂层表面发生均匀缓慢腐蚀,有效地降低了涂层的腐蚀速度。研究人员还发现,Al-Zn涂层平均孔隙率为 0.8%,中性盐雾实验 1000h后的抗腐蚀性能强于纯铝和纯锌涂层,即使Al-Zn涂层被破损也能达到770h的防腐效果。同时经过 12 个月的户外大气暴晒实验发现,Al-Zn涂层表面无腐蚀发生,对高强钢基体起到良好的保护作用。因此,采用冷喷涂技术制备的Al涂层和AL合金涂层在防护方面具有很大的应用前景。
2. Ni及Ni合金涂层:Ni及其合金在海水、低浓度氢氟酸、硫酸和碱性液体中能保持高强度和良好的耐腐蚀性能,广泛应用于耐腐蚀性的工业领域,如化学制品、石油化学加工、污染治理、石油天然气的开采、船舶工程、发电机设备,以及纸浆和纸张的生产等。邢路阔等采用低压冷喷涂设备在 45 # 钢基体上制备 Ni-Zn-Al2O3金属陶瓷涂层,工艺参数的限制导致 Ni-Zn-Al2O3 涂层内部存在贯穿孔隙,致密性较差,但是涂层中的 Ni 有效阻止了Zn 腐蚀产物Zn(OH)2 的分解而具有化学防护作用。天然海水浸泡实验表明,60 d 后,Ni-Zn-Al2O3涂层的腐蚀表面无红锈产生,表现出良好的腐蚀防护性能。Ni-Cr 涂层作为耐高温和耐酸碱腐蚀牺牲层,被广泛应用于锅炉、垃圾焚化炉等高温环境中。采用 Kinetics 4000 高压冷喷涂系统在 Ni 基不锈钢上制备了平均孔隙率为 0.875%的Ni-50Cr 涂层。通过在 900 ℃的废物焚烧炉中进行1000h的高温腐蚀研究表明:Ni-50Cr 涂层表面生成了一层致密均匀的氧化皮,有效地阻碍了涂层与高温环境中的氧氯化反应,从而提高了超耐热不锈钢基体的使用寿命。
3. 其他金属涂层:除了 Al、Ni金属合金,研究者还采用Ti 和其他合金作为防腐涂层,例如,在不锈钢基体上制备Ti涂层经过60d的中性盐雾试验发现,Ti涂层表面无红锈渗出,能有效地保护不锈钢基体。通过测定Co基硬质合金涂层的动电位值和电流密度表明,与基板相比,动电位为0.3~0.4V、电流密度为 0.5~0.65 μA/cm 2的Co基硬质合金涂层具有更高的腐蚀电位和更低的电流密度,能改善基板的摩擦腐蚀性能。
相信在不远的未来,冷喷涂制备的产品会的镀膜及表面处理的应用上占有一席之位。