[发明专利]从腐蚀防护角度针对可磨耗封严涂层体系选材评价方法

说明书

本发明属于腐蚀与防护研究领域，具体为一种从腐蚀防护角度针对可磨耗封严涂层体系选材的评价方法。步骤1，通过电子扫描显微镜与对多孔表层内孔隙形状进行分析；步骤2，通过孔隙率测试得到多孔表层的总孔隙率与最可几孔径；步骤3，根据步骤1与步骤2的结果，计算各层与腐蚀溶液接触面积比，利用有限元分析软件对涂层体系内的局部电偶腐蚀进行建模；步骤4，对体系内各层进行极化曲线测试，并把结果带入模型中充当边界条件，最终得到充当阳极的金属层的溶解电流。本发明使用有限元分析对涂层间的电偶腐蚀进行建模，并通过电化学测试结果设定边界条件，通过模拟计算得到的涂层体系内的阳极溶解电流，以此来对涂层体系的选材合理性进行评估。

技术领域

本发明属于多层涂层体系的腐蚀与防护研究领域，具体为一种从腐蚀防护角度针对可磨耗封严涂层体系选材的评价方法。

背景技术

可磨耗封严涂层体系是一种常见的多孔多层涂层体系，其中涂层体系表层由于其使役性能的要求而内部含有大量孔隙，体系内加入连接层为整个涂层体系提供结合力，在众多的领域中有着极其广泛的应用。例如：在燃气涡轮发动机领域中，应用可磨耗封严涂层可以在保护叶片不被损坏的前提下，实现气路封严，以提高效率，减少油耗。理想的可磨耗封严涂层应有足够的强度抵抗外部颗粒和气流的冲蚀，因此引入了金属相作为涂层骨架。同时，可磨耗封严涂层要具备良好的可磨耗性来保证叶片尖端不磨损，这点可以通过在涂层内引入自润滑相与控制烧蚀过程使涂层有一定的孔隙率来实现。另外，为提高涂层体系的结合强度，一般需预制等离子喷涂的金属连接层，因此可磨耗封严涂层体系由可磨耗封严涂层表层、连接层和基体组成。

研究表明，腐蚀劣化是影响军用飞机材料稳定性与安全性的关键性问题。军用飞机至少90％的时间都处于停放状态，由于海洋大气环境具有高温高湿高盐的属性，涂层表面上会形成含有Cl^-的液体薄膜。可磨耗封严涂层具有高孔隙率(15％～30％)的特点，涂层内贯穿的孔隙会为腐蚀介质提供了通道，这使得其对腐蚀更加敏感。腐蚀介质透过多孔表层到达连接层后，由于各层的腐蚀电位不同会发生层间电偶腐蚀。如若连接层作为层间电偶腐蚀中的阳极，则可能会导致灾难性的后果。根据前人研究表明多数可磨耗封严涂层体系的失效方式为剥蚀，即涂层体系的连接层失去结合力而发生剥离。可以用混合电位理论来解释，阳极溶解电流密度I_a1与阴极、阳极同腐蚀溶液接触的面积比有关，如下公式所示：

其中，A₂/A₁为阴极与阳极同腐蚀溶液接触的面积比，I_a1是阳极溶解电流密度，E_corr1和E_corr2分别是阳极和阴极的自腐蚀电位，β_a1和β_c2分别是阳极和阴极的塔菲尔斜率，I_corr1和I_corr2分别是阳极和阴极的自腐蚀电流，A₂/A₁是阴阳极的面积比。

因为连接层厚度远小于可磨耗封严涂层，可推测其与腐蚀溶液接触面积也远小于可磨耗封严涂层。由于“大阴极小阳极”的作用，连接层作为阳极发生腐蚀且其阳极溶解电流密度很大，其腐蚀会造成涂层体系丧失结合力，发生剥蚀造成整个涂层体系的失效。

从飞机运行的稳定性与安全性角度考虑，对可磨耗封严涂层体系的腐蚀防护的研究十分重要。如上分析，层间电偶腐蚀为控制可磨耗封严涂层体系腐蚀失效的关键性步骤，若想从根本上解决层间电偶腐蚀对涂层体系腐蚀失效的加速，应从涂层选材上入手，避免“大阴极小阳极”的发生。然而，可磨耗封严涂层的选材在业内一直被称为“黑色艺术”，关于其选材一直没有明确的指导方案。若能提供一种从腐蚀防护的角度对可磨耗封严涂层的选材进行评价的方法，并定量的给出对应的涂层体系腐蚀失效的速率，这对可磨耗封严涂层乃至当今所有的多孔多层金属涂层体系的腐蚀与防护都具有重要意义。

发明内容