離子鍍鋁與離子液體電鍍鋁涂層性能對(duì)比研究

詹中偉，孫志華，湯智慧，張騏

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離子鍍鋁與離子液體電鍍鋁涂層性能對(duì)比研究

詹中偉，孫志華，湯智慧，張騏

（北京航空材料研究院 航空材料先進(jìn)腐蝕與防護(hù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095）

目的對(duì)比研究離子鍍鋁和離子液體電鍍鋁兩種涂層的性能。方法針對(duì)高強(qiáng)度鋼表面環(huán)保表面處理的需求，對(duì)比研究300M鋼表面離子鍍鋁和離子液體電鍍鋁兩種涂層，采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）等對(duì)兩種涂層的表面、斷面微觀形貌和成分進(jìn)行表征；采用原子力顯微鏡（AFM）對(duì)兩種涂層表面三維形貌和粗糙度進(jìn)行觀察和測(cè)量；采用電偶腐蝕測(cè)試兩種涂層與鋁合金的電偶腐蝕性能；采用缺口試樣拉伸方法檢測(cè)兩種涂層對(duì)300M鋼基體氫脆性能的影響；采用5% NaCl人工海水周浸試驗(yàn)的方法檢測(cè)兩種涂層的耐蝕性能，與電鍍鎘鈦鍍層進(jìn)行對(duì)比，采用電化學(xué)方法對(duì)涂層試驗(yàn)前后的阻抗譜特性進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果兩種涂層表面形貌存在較大差異，離子鍍鋁經(jīng)過(guò)致密化處理后，表面為均勻的圓餅狀形貌，致密度很高，粗糙度約為0.88 μm，而離子液體電鍍鋁涂層表面則為圓頂狀的凸起物組成，沒(méi)有明顯的孔洞缺陷，粗糙度約為0.71 μm；電偶腐蝕測(cè)試顯示，兩種涂層都能夠與鋁合金相容連接；缺口試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種涂層的對(duì)基體的氫脆性能沒(méi)有影響；腐蝕試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種涂層對(duì)于300M鋼基體都具有良好的保護(hù)效果，與傳統(tǒng)的電鍍鎘鈦相當(dāng)，具備了未來(lái)替代鎘類(lèi)鍍層的潛質(zhì)。結(jié)論兩種涂層均勻致密，沒(méi)有明顯的氣孔、裂紋等缺陷，電偶腐蝕性能優(yōu)異，對(duì)300M鋼基體都不會(huì)產(chǎn)生氫脆隱患，耐蝕性能優(yōu)異。

離子鍍鋁；離子液體電鍍鋁；耐蝕性；氫脆性；抗電偶腐蝕

航空工業(yè)中，鎘類(lèi)鍍層是鋼制零件表面的重要防護(hù)技術(shù)[1—2]，具有優(yōu)良的耐蝕性，尤其是在海洋大氣環(huán)境中。由于鎘會(huì)對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生致命的危害[3]，不符合社會(huì)環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，因此鎘類(lèi)鍍層已經(jīng)成為被逐漸淘汰的工藝類(lèi)型[4]，鋁涂層正是國(guó)內(nèi)外廣泛研究的鎘類(lèi)鍍層替代技術(shù)之一[5]。目前制備鋁涂層的方法主要包括離子鍍鋁[6—9]、磁控濺射[10—11]以及離子液體電鍍[12—13]等方法。離子鍍鋁技術(shù)目前是較為成熟的制備鋁涂層的方法，其通過(guò)離子鍍的方法，在零件上沉積一層純鋁層。這種純鋁沉積層較為疏松，難以獲得理想的耐蝕效果，因此必須進(jìn)行噴丸處理，減少孔隙，增大致密度。離子鍍鋁技術(shù)具有環(huán)保、無(wú)氫脆、高性能的優(yōu)點(diǎn)，美軍已經(jīng)采用離子鍍鋁的方法在飛機(jī)起落架上制備了均勻的鋁涂層，國(guó)內(nèi)也在某型號(hào)飛機(jī)緊固件上應(yīng)用了離子鍍鋁。離子鍍鋁技術(shù)對(duì)設(shè)備的要求較高，必須適當(dāng)?shù)恼婵赵O(shè)備才能制備出均勻的鋁涂層，另外對(duì)于深孔等部位的覆蓋度稍差。離子液體電鍍鋁則是近年來(lái)一種新型的鋁涂層制備方法，采用特殊的有機(jī)物，配合適當(dāng)?shù)匿X鹽，合成出室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的離子液體電鍍?nèi)芤海缓罄贸Ｒ?guī)的電鍍方法在零件表面沉積出純鋁鍍層。離子液體電鍍鋁技術(shù)所使用的電鍍?nèi)芤和耆申帯㈥?yáng)離子構(gòu)成，不含分子，尤其不含水分子，因此其電鍍過(guò)程不會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，從而避免了對(duì)基體材料產(chǎn)生氫脆隱患。離子液體電鍍鋁技術(shù)是國(guó)內(nèi)外先進(jìn)表面防護(hù)技術(shù)的前沿，大量的研究者對(duì)原理[14—15]、工藝[16—17]、鍍層性能[12,18]等方面進(jìn)行了深入的研究。

文中采用航空領(lǐng)域常用的300M超高強(qiáng)度鋼，在其表面制備了離子鍍鋁和離子液體電鍍鋁兩種涂層，對(duì)其微觀形貌、成分進(jìn)行了表征，對(duì)其電偶腐蝕性能、氫脆性、耐蝕性等性能進(jìn)行了綜合對(duì)比，并采用電化學(xué)阻抗譜研究了兩種涂層在腐蝕過(guò)程中的變化。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料選用300M鋼，其名義化學(xué)成分見(jiàn)表1。試樣尺寸為80 mm × 70 mm × 2 mm。離子鍍鋁涂層（IVD Al）采用MΛп-1M真空電弧鍍膜設(shè)備制備，涂層根據(jù)AMS 2427C—2001進(jìn)行噴丸處理，噴丸采用直徑0.1 mm的陶瓷丸，丸粒完整率不小于90%，噴丸達(dá)到100%覆蓋度。

表1 300M超高強(qiáng)度鋼名義化學(xué)成分 %

離子液體電鍍鋁（ILEp Al）在室溫的氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境中水汽、氧氣含量控制在≤10 mg/L。離子液體電鍍槽液是首先由干燥的AlCl3和1-乙基- 3-甲基咪唑氯化物（EMIC）按照2∶1的摩爾比緩慢混合，最終形成淡黃色的透明液體。離子液體電鍍的電流密度為1 A/dm2，溫度保持在60 ℃，時(shí)間為30 min。

1.2 表征與測(cè)試

兩種鋁基涂層的表面和斷面微觀形貌采用FEI QUANTA600型掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行檢測(cè)，采用能譜儀（EDS）對(duì)涂層成分進(jìn)行分析。涂層的表面三維形貌采用美國(guó)Veeco公司的Dimension Icon原子力顯微鏡（AFM）進(jìn)行觀察。

電偶腐蝕測(cè)試按照HB 5374的規(guī)定進(jìn)行，對(duì)電極采用硫酸陽(yáng)極氧化的7075鋁合金試樣。氫脆測(cè)試按照HB 5067.1的規(guī)定進(jìn)行缺口拉伸試驗(yàn)，采用設(shè)備為力創(chuàng)拉伸試驗(yàn)機(jī)。周期浸潤(rùn)試驗(yàn)在ASTM D1141規(guī)定的人工海水中進(jìn)行，其化學(xué)成分見(jiàn)表2。周浸試驗(yàn)環(huán)境溫度為35 ℃，相對(duì)濕度為40%~70%，試樣周浸循環(huán)為人工海水中浸泡10 min，然后取出保持50 min。電化學(xué)測(cè)試采用PARSTAT 2273電化學(xué)工作站，測(cè)試溶液為3.5% NaCl溶液，極化曲線(xiàn)采用三電極體系，其中輔助電極選用鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，試樣浸泡在電解質(zhì)中的面積為1 cm2。電化學(xué)阻抗譜（EIS）在開(kāi)路電位下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試范圍為105~ 10-2Hz。

表2 ASTM D1141人工海水化學(xué)成分

2 結(jié)果與分析

2.1 涂層形貌及成分對(duì)比

2.1.1 宏觀形貌

離子鍍鋁涂層（IVD Al）和離子液體電鍍鋁涂層（ILEp Al）的宏觀形貌如圖1所示。IVD Al涂層致密均勻，覆蓋完整，沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的裂紋、缺陷等。ILEp Al涂層采用電鍍沉積制備，沒(méi)有經(jīng)過(guò)后處理，表面呈現(xiàn)為灰白色，涂層同樣致密均勻，覆蓋完整，沒(méi)有裂紋、缺陷等。

圖1 兩種鋁基涂層宏觀形貌

2.1.2 SEM形貌及EDS分析

兩種鋁涂層表面SEM微觀形貌及其能譜EDS分析結(jié)果如圖2所示。IVD Al涂層經(jīng)過(guò)噴丸至100%覆蓋度后，涂層表面呈現(xiàn)大量丸粒壓實(shí)的圓餅狀痕跡，尺寸約在20~70 μm，如圖2a所示。噴丸處理后的IVD Al涂層致密度很高，孔隙率很小。IVD Al涂層的主要成分為純鋁，其含量達(dá)到90%以上。

ILEp Al涂層表面的微觀形貌與IVD Al涂層有明顯差別，從圖2b可以發(fā)現(xiàn)，ILEp Al涂層由大量緊密排列的圓頂凸起物組成，凸起物尺寸約在10~30 μm之間。涂層整體沒(méi)有明顯的孔洞缺陷，顯示出較好的致密性。對(duì)ILEp Al涂層表面進(jìn)行局部能譜檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中主要成分為Al，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%以上，其他還有部分C和O，這可能是少量離子液體溶液在涂層中的殘留所致。

圖2 兩種鋁涂層表面SEM微觀形貌及EDS結(jié)果

對(duì)兩種鋁基涂層的斷面微觀形貌進(jìn)行觀察，如圖3所示。IVD Al與ILEp Al都能夠均勻地覆蓋在基體表面，兩種涂層沒(méi)有出現(xiàn)明顯的氣孔、裂紋等缺陷，顯示出較好的完整性。兩種鋁涂層的厚度都在20 μm左右，并且均勻性較好。離子鍍鋁工藝可以通過(guò)控制靶材轟擊的時(shí)間來(lái)控制鋁層的沉積速度，離子液體電鍍鋁則可以通過(guò)電流密度和時(shí)間來(lái)控制，因此在工藝成熟的前提下，兩種方法都能夠可控地制備所需厚度的鋁層。

2.1.3 AFM形貌

原子力顯微鏡（AFM）是一種能夠三維成像的表面形貌檢測(cè)設(shè)備，有助于了解涂層表面的實(shí)際起伏狀況及粗糙度等信息。兩種鋁涂層的AFM微觀形貌如圖4所示。從圖4a可以觀察到噴丸處理對(duì)IVD Al涂層表面起到的壓實(shí)效果。噴丸處理在涂層表面形成了較深的凹坑，圖4a中顯示出兩個(gè)相鄰凹坑交界處的三維形貌。交界處還存在若干小凹坑，這可能是由于噴丸處理所使用的丸粒存在一定程度的破損所致。AFM顯示出IVD Al涂層的表面粗糙度約為0.88 μm。ILEp Al涂層的AFM形貌如圖4b所示，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)圖層表面布滿(mǎn)了圓形的凸起物，凸起物之間沒(méi)有明顯的孔洞等缺陷。ILEp Al涂層的粗糙度約為0.71 μm，略小于IVD Al。

圖3 兩種鋁涂層斷面SEM微觀形貌

圖4 兩種鋁涂層表面AFM微觀形貌

2.2 電偶腐蝕性能

高強(qiáng)度鋼在使用過(guò)程中往往作為承力件，需要與其他金屬材料相接觸，必須采用有效措施避免接觸腐蝕的發(fā)生。鋁涂層能夠與大多數(shù)航空用金屬材料或鍍層相容接觸，而不會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，因此是十分優(yōu)良的易接涂層。

為檢測(cè)兩種鋁涂層的電偶腐蝕性能，采用硫酸陽(yáng)極氧化處理的7050鋁合金作為對(duì)電極，按照HB 5374的方法檢測(cè)兩種鋁涂層的電偶腐蝕電流。試樣尺寸皆為110 mm × 25 mm × (2~3) mm，其中測(cè)試表面積約為25 cm2。兩種鋁涂層的電偶電流測(cè)試結(jié)果如圖5所示。通過(guò)對(duì)電偶電流取積分面積，獲得電偶電流密度，結(jié)果顯示，IVD Al涂層的電偶腐蝕電流密度為 0.27 μA/cm2，ILEp Al涂層為0.29 μA/cm2。根據(jù)HB 5374的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，兩種鋁涂層與7050鋁合金之間的電偶接觸等級(jí)均為A級(jí)，即可以直接接觸。

2.3 氫脆性能

氫脆對(duì)于高強(qiáng)度鋼的使用十分有害，目前的航空工業(yè)表面處理中對(duì)于氫脆問(wèn)題十分重視，采取了嚴(yán)格的除氫制度以去除表面處理過(guò)程中對(duì)基體可能產(chǎn)生的氫脆隱患。為了驗(yàn)證兩種鋁涂層的氫脆性能，按照HB 5067.1的規(guī)定，采用缺口試棒制備鋁涂層，在75%的缺口強(qiáng)度下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。經(jīng)過(guò)200 h的拉伸試驗(yàn)，兩種鋁涂層缺口試棒都沒(méi)有發(fā)生斷裂，表明兩種工藝對(duì)300M鋼基體不會(huì)產(chǎn)生氫脆危害。

表3 缺口試棒測(cè)試氫脆性能

從原理上講，該研究的兩種鋁涂層不會(huì)對(duì)300M鋼基體產(chǎn)生氫脆危害。離子鍍鋁本質(zhì)上屬于一種物理氣相沉積的方法，離子液體電鍍鋁技術(shù)則完全不含水，不會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)。氫脆試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)。

2.4 耐蝕性

鋁涂層的耐蝕性能采用人工海水中的周期浸潤(rùn)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)共進(jìn)行1000 h，每個(gè)小時(shí)內(nèi)10 min浸泡在人工海水中，50 min取出保持干燥。這種干濕循環(huán)的環(huán)境能夠較好地模擬裝備在海洋環(huán)境的服役情況。在周浸試驗(yàn)的不同階段（0，150，250，500，750，1000 h）觀察試樣表面腐蝕情況，同時(shí)對(duì)完整試樣采用電化學(xué)阻抗譜（EIS）檢測(cè)鋁涂層的電化學(xué)性能。

IVD Al涂層周浸試驗(yàn)不同時(shí)間的外觀形貌如圖6所示。可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)1000 h的周浸測(cè)試，IVD Al涂層表面僅出現(xiàn)了少量的點(diǎn)蝕，沒(méi)有紅繡出現(xiàn)，表明基體并未發(fā)生腐蝕。除去色差影響，涂層整體出現(xiàn)一定褪色現(xiàn)象，但是涂層保持了較好的完整性。

a 0 hb 150 hc 250 h d 500 h e 750 hf 1000 h

IVD Al涂層周浸試驗(yàn)不同時(shí)間的EIS圖譜如圖7所示。可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)周浸試驗(yàn)內(nèi)，阻抗圖譜曲線(xiàn)的走向基本保持一致，只是低頻段阻抗值隨著周浸時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。這可能是由于在長(zhǎng)時(shí)間的周浸過(guò)程中，水分子和腐蝕介質(zhì)通過(guò)薄弱部位逐漸滲透進(jìn)入涂層內(nèi)部，造成局部孔洞等疏松結(jié)構(gòu)。結(jié)合涂層的外觀形貌，可以肯定經(jīng)過(guò)1000 h周浸后，基體并未發(fā)生腐蝕，這表明水分子和腐蝕介質(zhì)并未達(dá)到基體/涂層界面處。從圖7b相位角圖譜可以發(fā)現(xiàn)，初始階段涂層保持了完好的結(jié)構(gòu)，相位角曲線(xiàn)只有一個(gè)大的容抗弧。隨著周浸進(jìn)行，原有容抗弧的頻段范圍縮小，在低頻段出現(xiàn)了另一個(gè)容抗弧，這與阻抗圖譜相對(duì)應(yīng)，同樣是由于水分子和腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的滲透造成的。

ILEp Al涂層周浸試驗(yàn)不同時(shí)間的外觀形貌如圖8所示。可以發(fā)現(xiàn)，周浸250 h后，ILEp Al涂層表面開(kāi)始出現(xiàn)若干黑色點(diǎn)蝕。隨著周浸試驗(yàn)進(jìn)行，黑色點(diǎn)蝕逐漸增多，在1000 h時(shí)整個(gè)涂層表面都存在點(diǎn)蝕。周浸試驗(yàn)后，試樣表面同樣沒(méi)有出現(xiàn)紅色腐蝕產(chǎn)物，表明基體并未發(fā)生腐蝕，所發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅僅發(fā)生在涂層內(nèi)部。

a 0 hb 150 hc 250 h d 500 he 750 hf 1000 h

ILEp Al涂層周浸試驗(yàn)不同時(shí)間的EIS圖譜如圖9所示。從圖9a的阻抗圖譜曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，ILEp Al涂層初始階段在低頻段存在一個(gè)明顯的平臺(tái)區(qū)，而IVD Al涂層則沒(méi)有明顯的平臺(tái)區(qū)。這一點(diǎn)差別可能與兩種涂層的形成機(jī)理有關(guān)，IVD Al涂層是通過(guò)氣相沉積的方法獲得的，涂層的結(jié)構(gòu)自始至終都保持一致。ILEp Al涂層則是在基體表面按照形核、結(jié)晶、長(zhǎng)大的機(jī)制生成的，基體表面的亞層結(jié)構(gòu)可能與后期生長(zhǎng)的涂層結(jié)構(gòu)存在一定差異，這需要進(jìn)一步的細(xì)致研究。經(jīng)過(guò)周浸試驗(yàn)，水分子和腐蝕介質(zhì)向涂層內(nèi)部滲透，低頻段阻抗值逐漸降低。從圖9b相位角圖譜曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，周浸初始階段只有一個(gè)大的容抗弧，顯示出涂層結(jié)構(gòu)完整。隨后，低頻段的另一個(gè)較小的容抗弧出現(xiàn)。

為了進(jìn)一步深入研究?jī)煞N鋁基涂層隨周浸時(shí)間的結(jié)構(gòu)變化，采用等效電路對(duì)EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得涂層各個(gè)結(jié)構(gòu)元件的數(shù)據(jù)，分析其變化規(guī)律，從而對(duì)涂層在腐蝕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)變化，甚至失效機(jī)理進(jìn)行研究。采用的兩個(gè)等效電路如圖10所示，圖10a模擬涂層保持完整，無(wú)點(diǎn)蝕時(shí)的涂層結(jié)構(gòu)，圖10b模擬涂層發(fā)生點(diǎn)蝕時(shí)的結(jié)構(gòu)，其中s代表溶液電阻，ox和ox分別是涂層表面氧化物的電容和阻抗，Al和Al分別是鋁基涂層主體的電容和阻抗。當(dāng)涂層破壞，發(fā)生點(diǎn)蝕時(shí)，dl和ct分別代表腐蝕點(diǎn)的雙電層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻。

采用圖10所示的等效電路進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得各個(gè)參數(shù)的數(shù)值，見(jiàn)表4和圖11。兩種鋁涂層的ox和ox變化趨勢(shì)一致，基本處于相當(dāng)?shù)乃健＿@是由于兩種鋁涂層制備完成后都沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的化學(xué)氧化處理，其表面的氧化物薄膜仍然是自然形成的氧化膜。代表鋁涂層主體特征的Al能夠較好地反映兩種涂層的性能差別。IVD Al涂層初始階段的Al非常高，遠(yuǎn)大于ILEp Al，這是由于IVD Al涂層經(jīng)過(guò)噴丸處理后，涂層的致密性大幅度增加，明顯大于ILEp Al涂層。隨著周浸時(shí)間的延長(zhǎng)，水分子和腐蝕介質(zhì)滲透進(jìn)入IVD Al涂層內(nèi)部，導(dǎo)致點(diǎn)蝕發(fā)生，形成了傳質(zhì)的通道，使涂層致密性下降，阻抗值大幅度降低。

通過(guò)對(duì)比人工海水周浸結(jié)果和電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)兩種鋁涂層在長(zhǎng)時(shí)間的浸泡過(guò)程中，鋁基涂層顯示出優(yōu)異的耐蝕性，這主要是由于兩種涂層都具有較強(qiáng)的完整性和低孔隙率。IVD Al涂層在沉積之后較為疏松，但是通過(guò)噴丸處理，將疏松結(jié)構(gòu)致密化，大幅度減少了孔隙率，形成了較為完整的結(jié)構(gòu)。需要注意的是，通過(guò)噴丸處理使涂鍍層致密化的前提條件是，涂鍍層自身材質(zhì)較軟，且內(nèi)應(yīng)力較小，離子鍍鋁制備的純鋁鍍層完全符合這些要求。對(duì)于ILEp Al涂層而言，盡管目前其詳細(xì)機(jī)理仍未完全清楚，但基本過(guò)程已經(jīng)獲得較多共識(shí)，即離子液體中鋁離子與有機(jī)陰離子形成特定的絡(luò)合物，在通電條件下，在基體表面的活性點(diǎn)上發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)晶生長(zhǎng)[19]。從ILEp Al鍍層的表面微觀形貌可以發(fā)現(xiàn)，鍍層的生長(zhǎng)同樣致密完整，孔隙率很低。

表4 等效電路擬合的涂層參數(shù)

圖11 涂層參數(shù)隨周浸時(shí)間的變化

4 結(jié)論

1）300M鋼表面的離子鍍鋁涂層（IVD Al）和離子液體電鍍鋁涂層（ILEp Al）具有不同的表面微觀形貌，這與二者的沉積機(jī)理相關(guān)。兩種涂層均勻致密，沒(méi)有明顯的氣孔、裂紋等缺陷。

2）兩種鋁涂層的電偶腐蝕性能優(yōu)異，能夠與陽(yáng)極化處理的7050鋁合金相容接觸。

3）兩種鋁涂層對(duì)300M鋼基體都不會(huì)產(chǎn)生氫脆隱患。

4）兩種鋁涂層的耐蝕性能優(yōu)異，經(jīng)過(guò)1000 h人工海水的周期浸潤(rùn)試驗(yàn)后，都能夠保證基體不出現(xiàn)腐蝕。電化學(xué)阻抗譜擬合數(shù)據(jù)顯示，腐蝕機(jī)理受到涂層沉積原理的影響。

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Comparison Study on Performance of IVD and ILEp Aluminum Coatings

ZHAN Zhong-wei, SUN Zhi-hua, TANG Zhi-hui, ZHANG Qi

(Aviation Key Laboratory of Science and Technology on advanced Corrosion and Protection for Aviation Material, Beijing Institute of Aeronautical Materials, Surface Engineering Institution, Beijing 100095, China)

Objective To have comparative study on performances of IVD and ILE aluminum coatings.Methods In allusion to the requirement of environmental treatment on high-strength steel surface, two aluminum coatings were formulated on 300M steel and studied. The morphology of surface and cross section of the two coatings were characterized by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS). Atomic force microscope (AFM) was applied to observe the morphology and measure the roughness of the coatings. The contact corrosion was tested between the two aluminum coatings and aluminum alloy. Influences of two coatings on the hydrogen brittleness was evaluated by tensile test of notched bar. The corrosion resistance of the two coatings was tested by neutral salt spray and alternative immersion in artificial seawater. It was also compared with the cadmium plating coating. Electrochemical method was conducted to evaluate the changes of impedance spectroscopy property during the corrosion test.Results Surface topographys of the two coatings were much different. After densifying treatment, the IVD Al coating exhibited uniform round concave pits with roughness of 0.88 μm, which is attributed to shot preening process. The Alep Al coating has a typical morphology of electroplating composing of convex parts, with roughness of 0.71 μm. The two aluminum coatings came into contact with aluminum alloy without little galvanic corrosion risk. The notched bars did not break after a 200 h tensile test, suggesting no hydrogen brittleness was introduced into the substrate. The two aluminum coatings exhibited excellent corrosion resistance. The main indexes including hydrogen brittleness and corrosion resistance were equal to that of cadmium plating.Conclusion These two coatings are uniform and tight, and are free from obvious defects such as porosity and crack. They have galvanic corrosion performance, and won't produce hydrogen embrittlement of 300M steel matrix. Their corrosion resistance is excellent.

ion vapor deposition (IVD); electroplating in ionic liquid (ILEp); corrosion resistance; hydrogen brittleness; contact corrosion resistance

10.7643/issn.1672-9242.2017.05.017

TJ07；TG178

A

1672-9242(2017)05-0074-08

2016-11-07；

2016-12-28

國(guó)家自然科學(xué)基金（51401196）

詹中偉（1982—），男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹娇詹牧媳砻娣雷o(hù)技術(shù)。