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鋁合金表面熱噴涂氧化鋯對其耐腐蝕性能的影響

文檔作者：李峰呂超文檔來源：內蒙古工業(yè)大學材料科學與工程學院		更新日期： 2026年06月13日	點擊數(shù)：
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２０２４年第４１卷第６期石油化工腐蝕與防護ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ 研究
引用格式：李　峰，呂　超．鋁合金表面熱噴涂氧化鋯對其耐腐蝕性能的影響［Ｊ］．石油化工腐蝕與防護，２０２４，４１（６）：１５１７．　　
ＬＩＦｅｎｇ，ＬＹＵＣｈａｏ．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇＺｉｒｃｏｎｉａｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆
ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２４，４１（６）：１５１７．
鋁合金表面熱噴涂氧化鋯對其耐腐蝕性能的影響
李　峰，呂　超
（內蒙古工業(yè)大學材料科學與工程學院，內蒙古呼和浩特０１００５１）
摘要：在鋁合金表面噴涂厚度分別為０μｍ，３０μｍ，５０μｍ和６７μｍ的氧化鋯陶瓷層，并對不
同厚度陶瓷層的耐腐蝕性能進行了研究，結果表明，鋁合金表面熱噴涂氧化鋯層可以明顯增加鋁
合金表面的耐腐蝕性能，但并非涂層越厚耐腐蝕性能越高。試驗研究表明，在噴涂層厚度為３０μｍ
時，為最佳的耐腐蝕噴涂厚度；此時其自腐蝕電流密度為１．３４×１０－１０ Ａ／ｃｍ２，自腐蝕電位為
－０．６５１Ｖ。
關鍵詞：表面熱噴涂；氧化鋯；鋁合金；耐腐蝕性能
收稿日期：２０２４０３０５；修回日期：２０２４０９１０。
作者簡介：李　峰（１９７４—），男，副教授，博士，主要從事稀
土合金鋼、鋁合金折壓鑄造、微晶玻璃的研究工作。Ｅｍａｉｌ：
ｌｉｆｅｎｇ２０１０＠１６３．ｃｏｍ
基金項目：本項目獲得內蒙古工業(yè)大學校基金重點研究項
目的資助
　　熱噴涂技術是利用某種熱源使得噴涂材料受
熱呈現(xiàn)熔融狀態(tài)或者是半熔融狀態(tài)，再將其噴射
到需要涂敷的基體表面，從而形成一層比原基底
材料涂層性能更優(yōu)異的涂層，使得工件的表面性
能更加優(yōu)異，或是使工件形成一種或多種原基體
材料不具備的表面膜狀組織結構［１２］。熱噴涂涂
層具有耐磨損，隔熱以及耐高溫性，并且能夠實現(xiàn)
對出現(xiàn)磨損、被腐蝕的零件以及因加工出現(xiàn)誤差
的零件進行有效地修復［３６］，該文通過研究對鋁合
金表面進行熱噴涂氧化鋯，以增加鋁合金表面的
耐磨性，克服鋁合金機體質軟的缺點并研究該涂
層對鋁合金耐腐蝕性的影響規(guī)律。
１　試驗材料及試驗條件
選用純度為９９．９９％，粒徑為３０～１５０μｍ的
球形氧化鋯造粒粉，經過熱噴涂至鋁合金基體表
面。噴涂次數(shù)分別為５次、１０次、１５次。將噴涂
后的試樣在金相顯微鏡下觀察組織并測量噴涂厚
度。電化學測試采用三電極體系，測試的掃描開
路電位范圍為－１．６～＋０．２Ｖ，掃描速度為６
ｍＶ／ｓ。測量的腐蝕介質為３．５％ ＮａＣｌ溶液。
２　試驗結果與討論
２．１　噴涂組織形貌觀察
圖１、圖２、圖３噴涂厚度分別為３０μｍ，
５０μｍ，６７μｍ的涂層試樣表面形貌及側面噴涂
截面圖。
從圖１可以看出，該噴射陶瓷涂層相互連接，
與合金基體通過冶金方式結合緊密，氣孔率較小，
因此腐蝕介質難以進入并接觸到合金機體，較難
產生腐蝕后果，造成表面的抗腐蝕性能好。從
圖２可以看出，經過１０次噴涂后，陶瓷層與基體
結合緊密，噴涂層厚度為５０μｍ，陶瓷層的氣孔率
明顯增多，陶瓷層之間相互連接性變差，腐蝕介質
容易沿著氣孔部位進入機體表面與鋁合金機體接
觸產生反應，發(fā)生腐蝕。從圖３中可以看出該表
面經過１５次噴涂后，涂層厚度為６７μｍ，基體與
陶瓷層結合緊密，陶瓷層與基體相互連接程度增
加，氣孔率有所減小，在一定程度上降低了腐蝕介
質對腐蝕層的影響。
從圖１～３中對比還可以看出，等離子噴涂氧
化鋯陶瓷涂層內部存在較多的空隙，空隙多為長
條性和近球形，但是噴涂５次的噴涂層上的氣孔
截面直徑均比較小，數(shù)量也少。隨著噴涂厚度的
增加，涂層上的氣孔由于受到高溫影響，造成了氣
孔截面直徑增大，而且截面直徑較大的氣孔出現(xiàn)
的數(shù)量明顯增加，氣孔的直徑達到６～９μｍ，有的
甚至能達到１０μｍ以上，正是由于這種大直徑的
氣孔出現(xiàn)，導致腐蝕介質沿著這些氣孔到達基體
而腐蝕基體。而且孔洞處也是應力集中區(qū)，尤其
１５
　　
研究石油化工腐蝕與防護２０２４年第４１卷
是長條狀的氣孔處，可看到形成的裂紋使涂層的
結合強度降低，后面的噴涂層覆蓋掉了之前涂層
的氣孔和裂紋，隨著噴涂次數(shù)的增加，裂紋有所減
少，氣孔數(shù)量在一定程度上也有所減少。
圖１　噴涂５次試樣表面及截面形貌
圖２　噴涂１０次試樣表面及截面形貌
圖３　噴涂１５次試樣表面及截面形貌
２．２　噴涂層對鋁合金材料耐蝕性能的影響
３．５％氯化鈉溶液中浸泡未噴涂鋁合金和噴
涂陶瓷涂層的鋁合金試樣，鋁合金的陽極出現(xiàn)了
鈍化現(xiàn)象，而噴涂層厚的鋁合金鈍化現(xiàn)象更加明
顯，說明在涂層表面形成更厚的鈍化膜，有效地阻
止了鋁合金基體的腐蝕。
通過對原始試樣與不同噴涂厚度的試樣進行
電化學腐蝕試驗測試，可以發(fā)現(xiàn)，通過噴涂氧化鋯
陶瓷可以顯著提高氧化鋁表面的耐腐蝕性能，但
是并不是隨著噴涂層厚度的增加，耐腐蝕性也逐
漸增加，見表１，試驗表明，在噴涂厚度為３０μｍ
時，耐腐蝕性是最佳的，隨著噴涂厚度的增加，耐
腐蝕性先下降后上升。因此鋁合金表面噴涂層的
厚度與耐腐蝕性并不是簡單的正比關系，先增加
后減少再增加，其耐腐蝕性在一定厚度范圍內是
最佳值，對該試驗而言是在噴涂厚度為３０μｍ
１６
　　
第６期李　峰，等．鋁合金表面熱噴涂氧化鋯對其耐腐蝕性能的影響研究
時，耐腐蝕性是最佳的。
氧化鋯在高溫熔融狀態(tài)下噴射到鋁合金表
面，氧化鋯在高溫下可與氧化鋁發(fā)生反應生成鋯
酸鋁，熔融的氧化鋯瞬時與鋁合金表面融化產生
冶金結合在一起，這層結合力比較強的陶瓷層覆
蓋在鋁合金表面，表面不但強度較高，而且能夠有
效阻礙外界腐蝕介質對其表面的侵入腐蝕。但當
表面涂層厚度增加后，由于陶瓷層與金屬膨脹系
數(shù)的差異，導致陶瓷涂層應力增加，在陶瓷層應力
的作用下，同時會產生微裂紋，破壞陶瓷層整體的
保護性，導致基體層外露，致使腐蝕介質腐蝕機
體，降低了基體的耐腐蝕性。但當外層陶瓷層厚
度增加時，會覆蓋一部分微裂紋，降低外露裂紋的
數(shù)量，外層腐蝕介質入侵困難，耐腐蝕性有所提高。
表１　噴涂厚度與自腐蝕電流、電位關系
試樣編號Ｄ０ Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３
噴涂厚度／μｍ ０ ３０ ５０ ６７
自腐蝕電流密度／（Ａ·ｃｍ－２） －２．１７×１０－６ －１．３４×１０－１０ －８．６４×１０－９ －５．４１×１０－８
自腐蝕電位／Ｖ －１．１２７ －０．６５１ －１．０１ －０．７１０
電阻率，％ ０．００５１９ ０．４８５００ ０．１１６９０ ０．０１３８０
３　結　論
（１）噴涂氧化鋯涂層可以和鋁合金基體緊密
結合，阻止腐蝕介質進入基體造成對機體的腐蝕，
鋁合金表面熱噴涂層可以明顯增加鋁合金表面的
耐腐蝕性。
（２）在該試驗條件下，隨著氧化鋯涂層厚度
的增加，耐腐蝕性能先增加后降低再增加，在噴涂
厚度為３０μｍ時，為最佳的耐腐蝕層噴涂厚度。
參考文獻
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ａｌｓａｎｄＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒＥｎｇｉｎｅｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＥｌｓｅｖｉｅｒＡｐｐｌｉｅｄ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９２：１２６０．
（編輯　馬曉華）
ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇＺｉｒｃｏｎｉａｏｎ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ
ＬＩＦｅｎｇ，ＬＹＵＣｈａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｚｉｒｃｏｎｉａｃｅｒａｍｉｃｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｓｐｒａｙｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｉｔｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ０μｍ，３０μｍ，５０μｍ，ａｎｄ
６７μｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｅｒａｍｉｃｌａｙｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｆｉｎｄｉｎｇｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔ
ｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇｏｆｚｉｒｃｏｎｉａｌａｙｅｒｓｏｎｓｕｒｆａｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ
ｓｕｒｆａｃｅ．Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｈａｓｎｏｔｈｉｎｇｔｏｄｏｗｉｔｈｃｏａｔｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏａｔｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓ３０μｍｗｈｉｌｅｓｅｌｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｉｓ１．３４×１０－１０Ａ／ｃｍ２ａｎｄｓｅｌｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔ
ａｎｃｅｖｏｌｔａｇｅｉｓ－０．６５１Ｖ．
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