[發明專利]從腐蝕防護角度針對可磨耗封嚴涂層體系選材評價方法

有效

• 申請號: 202011365812.8
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112649356B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 李瑛;倪雨朦
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N15/08
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于腐蝕與防護研究領域，具體為一種從腐蝕防護角度針對可磨耗封嚴涂層體系選材的評價方法。步驟1，通過電子掃描顯微鏡與對多孔表層內孔隙形狀進行分析；步驟2，通過孔隙率測試得到多孔表層的總孔隙率與最可幾孔徑；步驟3，根據步驟1與步驟2的結果，計算各層與腐蝕溶液接觸面積比，利用有限元分析軟件對涂層體系內的局部電偶腐蝕進行建模；步驟4，對體系內各層進行極化曲線測試，并把結果帶入模型中充當邊界條件，最終得到充當陽極的金屬層的溶解電流。本發明使用有限元分析對涂層間的電偶腐蝕進行建模，并通過電化學測試結果設定邊界條件，通過模擬計算得到的涂層體系內的陽極溶解電流，以此來對涂層體系的選材合理性進行評估。

技術領域

本發明屬于多層涂層體系的腐蝕與防護研究領域，具體為一種從腐蝕防護角度針對可磨耗封嚴涂層體系選材的評價方法。

背景技術

可磨耗封嚴涂層體系是一種常見的多孔多層涂層體系，其中涂層體系表層由于其使役性能的要求而內部含有大量孔隙，體系內加入連接層為整個涂層體系提供結合力，在眾多的領域中有著極其廣泛的應用。例如：在燃氣渦輪發動機領域中，應用可磨耗封嚴涂層可以在保護葉片不被損壞的前提下，實現氣路封嚴，以提高效率，減少油耗。理想的可磨耗封嚴涂層應有足夠的強度抵抗外部顆粒和氣流的沖蝕，因此引入了金屬相作為涂層骨架。同時，可磨耗封嚴涂層要具備良好的可磨耗性來保證葉片尖端不磨損，這點可以通過在涂層內引入自潤滑相與控制燒蝕過程使涂層有一定的孔隙率來實現。另外，為提高涂層體系的結合強度，一般需預制等離子噴涂的金屬連接層，因此可磨耗封嚴涂層體系由可磨耗封嚴涂層表層、連接層和基體組成。

研究表明，腐蝕劣化是影響軍用飛機材料穩定性與安全性的關鍵性問題。軍用飛機至少90％的時間都處于停放狀態，由于海洋大氣環境具有高溫高濕高鹽的屬性，涂層表面上會形成含有Cl^-的液體薄膜。可磨耗封嚴涂層具有高孔隙率(15％～30％)的特點，涂層內貫穿的孔隙會為腐蝕介質提供了通道，這使得其對腐蝕更加敏感。腐蝕介質透過多孔表層到達連接層后，由于各層的腐蝕電位不同會發生層間電偶腐蝕。如若連接層作為層間電偶腐蝕中的陽極，則可能會導致災難性的后果。根據前人研究表明多數可磨耗封嚴涂層體系的失效方式為剝蝕，即涂層體系的連接層失去結合力而發生剝離。可以用混合電位理論來解釋，陽極溶解電流密度I_a1與陰極、陽極同腐蝕溶液接觸的面積比有關，如下公式所示：

其中，A₂/A₁為陰極與陽極同腐蝕溶液接觸的面積比，I_a1是陽極溶解電流密度，E_corr1和E_corr2分別是陽極和陰極的自腐蝕電位，β_a1和β_c2分別是陽極和陰極的塔菲爾斜率，I_corr1和I_corr2分別是陽極和陰極的自腐蝕電流，A₂/A₁是陰陽極的面積比。

因為連接層厚度遠小于可磨耗封嚴涂層，可推測其與腐蝕溶液接觸面積也遠小于可磨耗封嚴涂層。由于“大陰極小陽極”的作用，連接層作為陽極發生腐蝕且其陽極溶解電流密度很大，其腐蝕會造成涂層體系喪失結合力，發生剝蝕造成整個涂層體系的失效。

從飛機運行的穩定性與安全性角度考慮，對可磨耗封嚴涂層體系的腐蝕防護的研究十分重要。如上分析，層間電偶腐蝕為控制可磨耗封嚴涂層體系腐蝕失效的關鍵性步驟，若想從根本上解決層間電偶腐蝕對涂層體系腐蝕失效的加速，應從涂層選材上入手，避免“大陰極小陽極”的發生。然而，可磨耗封嚴涂層的選材在業內一直被稱為“黑色藝術”，關于其選材一直沒有明確的指導方案。若能提供一種從腐蝕防護的角度對可磨耗封嚴涂層的選材進行評價的方法，并定量的給出對應的涂層體系腐蝕失效的速率，這對可磨耗封嚴涂層乃至當今所有的多孔多層金屬涂層體系的腐蝕與防護都具有重要意義。

發明內容