[发明专利]一种耐深海腐蚀高速电弧喷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-Ti-Si-RE高速电弧喷涂层的制备方法，主要解决钢结构在深海大应力环境条件下面临的严重氯化等问题，属于金属防腐蚀材料技术领域。 

背景技术

随着21世纪各国经济的不断发展，陆地资源已日趋紧张。因此，人类再一次将发展的目光投向海洋。众所周知，海洋面积占地球总面积的71%，深海面积更是占到了地球总面积的92%，其中蕴藏着重要的油气、多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、天然气水合物等新型矿产以及极为丰富的海洋生物资源，其经济总价值是陆地资源总价值的数十倍，海洋因此成为了各国高科技竞争的重要舞台。更为重要的是，它还关系到很多沿海国家的国家安全，从而倍受重视。 

基于以上众多因素，深海探测器、深海空间站、水下机器人以及潜艇等深海潜水器的研发和探究工作层出不穷。然而制约人们深海工程的一个重要瓶颈就是这些潜水器的基体材料服役问题。腐蚀问题是安全服役问题的重中之重。由于深海实验对装备仪器等要求较高，且深海环境存在着诸多不确定因素（如海底火山、深海洋流、厌氧生物等），这就造成实海挂样施放和回收等诸多困难，且实验结果离散性较大，又由于深海实验涉及许多领土资源等敏感问题，因此相关深海装备材料腐蚀的研究并不多见。基于以上诸多因素，造成深海腐蚀的研究长期停滞不前。然而由于深海工程等对材料的性能要求不断提高，因此关于深海耐蚀材料的研究也就迫在眉睫。 

本发明的设计思想是：采用具有“自填充”效应的Al-Ti-Si-RE粉芯丝材制备具有耐压力腐蚀的涂层，同时利用Ti和空气中的N和O等易反应的特点来净化喷涂空气，使得更多的Al元素减少氧化，从而提高耐蚀能力。 

深海具有高压、低温和低溶解氧等环境特征。由于水压的存在，使得原 来具有“自封闭”效应的一些电弧喷涂层（如Zn-Al、Zn-Al-Mg-RE等）在高速运动的水分子冲击下极易从基体剥离，从而不再具有封孔效应，失去对基体的保护。 

而本发明的设计创新点就在于：利用耐蚀性能优异的富Ti相作为涂层骨架，再利用易腐蚀的金属在腐蚀过程中形成的氧化物等填充富Ti相的骨架。由于骨架结构的存在，高速运动的水分子就不能使腐蚀产物和基体轻易剥离，从而达到良好的阻挡腐蚀液进入基体的效果。目前还未见到关于利用这种“自填充”机理解决深海压力腐蚀的相关专利和文献报道。 

发明内容

本发明目的在于制造含有Al、Ti、Si、RE元素的粉芯丝材，采用高速电弧喷涂技术在深海钢结构上制备Al-Ti-Si-RE的防腐涂层，解决钢结构在深海环境中面临的压力腐蚀问题，提高深海装备材料的服役寿命。 

钢结构在海洋中的腐蚀主要是以电化学腐蚀为主，亦即腐蚀过程是以氧为去极化剂、生成氧化产物的电子转移过程。本发明主要是提供了一种具有“自填充”效应的粉芯丝材涂层，其主体思路是：利用耐蚀的富Ti相作为骨架结构和钢基体牢固结合，再利用易腐蚀的富Al相的腐蚀产物在腐蚀过程中填充骨架结构中去，达到封闭腐蚀通道的作用。 

为了清楚地观察涂层的这一结构，将涂层用20%的NaOH溶液进行侵蚀处理，截面和表面分别如图6和图7所示。涂层在用NaOH溶液侵蚀掉涂层中的富Al相之后，剩下的就是富Ti相结构。可以看到，富Ti相结构是一种多孔的结构，它本身是一种惰性电极，基本不参与溶液中的氧化还原反应，因此可以稳定地存在。但由于它是一种多孔的结构，因此不能阻挡溶液进入基体。而富Al相则可以很好地通过自身腐蚀生成的腐蚀产物来填充富Ti相的多孔结构，从而达到高度“自填充”的效果。它和具有“自封闭”效应的Zn-Al-Mg-RE涂层不同点就在于：富Ti相是一种惰性电极，作为一种骨架结构可以和钢基体牢固地结合，从而不会在深海高压下（主要是水分子的剧烈运动）剥离失效。而Zn-Al-Mg-RE等“自封闭”涂层中的元素单质都会在深 海压力下受到腐蚀，从而极易从基体剥离。 

Al-Ti-Si-RE粉芯丝材，其特征在于由铝合金外皮和含有Ti、Si、混合稀土镍粉的混合粉末的粉芯组成；按照质量比，其中Ti为15%～25%，Si为1%～3%，混合稀土镍粉为1%～3%，Al余量； 

混合稀土镍粉成分由质量百分含量为60%的Ni和40%的混合稀土RE组成，其中混合稀土RE由质量百分含量为25%～30%的La；48%～55%的Ce和14%～20%的Nb组成； 

所述的Al-Ti-Si-RE粉芯丝材制备Al-Ti-Si-RE高速电弧喷涂层的方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 

A）材料基体表面的粗化和净化采用喷砂预处理；