【摘 要】
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随着海洋开发逐步从近海向远海、深海发展,铝合金作为轻量化材料的首选,在海洋装备中应用前景广阔。但铝合金普遍存在硬度低、易发生点蚀等缺点,尤其是铝合金作为海洋装备开放运动部件时,其耐磨损腐蚀（简称磨蚀）性能差,加之铝合金在海洋环境下磨蚀规律和磨蚀速率的量化分析等信息有限,严重制约了铝合金在海洋工程装备中的推广和应用。利用表面改性技术提升铝合金的耐磨蚀性能已经成为目前研究热点之一。本文围绕着7075-
【基金项目】
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国家“973”项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”课题2“海洋环境下磨蚀过程的力学—电化学机理研究（2014CB643302）”；
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随着海洋开发逐步从近海向远海、深海发展,铝合金作为轻量化材料的首选,在海洋装备中应用前景广阔。但铝合金普遍存在硬度低、易发生点蚀等缺点,尤其是铝合金作为海洋装备开放运动部件时,其耐磨损腐蚀（简称磨蚀）性能差,加之铝合金在海洋环境下磨蚀规律和磨蚀速率的量化分析等信息有限,严重制约了铝合金在海洋工程装备中的推广和应用。利用表面改性技术提升铝合金的耐磨蚀性能已经成为目前研究热点之一。本文围绕着7075-T6铝合金磨蚀过程中力学、化学和电化学之间相互作用关系、微波烧结和La2O3掺杂对TiB2-Ni粉体性能的影响、高静水压力对La2O3-TiB2-Ni涂层磨蚀的作用规律等关键科学问题,开发了耐磨蚀La2O3-TiB2-Ni防护涂层,对海洋工程装备常用的7075-T6铝合金及其表面防护涂层La2O3-TiB2-Ni在深海环境下的磨蚀行为及磨蚀机理进行了系统的原位与非原位研究。（1）利用深海高压原位磨蚀装置研究了 7075-T6铝合金在不同静水压力下的磨蚀行为,采用电化学原位监测手段分析了不同静水压力下的磨蚀各阶段电化学信号,量化了磨蚀过程中的力学、化学和电化学之间的交互作用关系,阐明了其深海环境下的磨蚀机理。磨蚀率会随着静水压力的增大而增大,海深每增加100 m,7075-T6铝合金磨蚀率增加0.1×10-6 mm3·N-1·m-1;磨蚀过程中7075-T6铝合金与无磨损时相比,自腐蚀电流密度增大了两个数量级;随着静水压力增加,7075-T6铝合金点蚀敏感性增大,从0.1 MPa下伴有腐蚀的疲劳磨损和剥层磨损并存的磨蚀机制逐渐转变为高静水压力下伴有腐蚀的粘着磨损和剥层磨损为主的磨蚀机制;磨蚀过程中磨损和腐蚀之间存在交互作用,磨蚀总量并不是腐蚀和机械磨损的简单叠加,随着静水压力的增大,交互作用中的腐蚀加速磨损成为磨蚀主导因素,当静水压力从0.1 MPa增加到30 MPa时,但腐蚀加速磨损导致的材料损失从7.70%增加到23.13%。（2）针对铝合金磨蚀性差及目前TiB2-Ni涂层的不足,优化了团聚—微波烧结方法制备了新的掺杂稀土 La2O3的TiB2-Ni粉体,分析了稀土 La2O3对TiB2-Ni粉体作用机理。微波烧结可以显著缩短粉体烧结时间和烧结温度,获得比常规烧结工艺粒度更加均匀、团聚致密的粉体;烧结温度和烧结时间是粉体松装密度和流动性的主要影响因素;当添加1.0 wt.%La2O3时,La2O3抑制了 TiB2的分解和Ni元素氧化,TiB2-Ni粉体的松装密度从1.214 g/cm3提升至1.313 g/cm3,达到提高粉体松装密度和流动性目的。（3）利用大气等离子喷涂工艺在7075-T6铝合金表面沉积La2O3-TiB2-Ni涂层以提高其耐磨蚀性能。通过正交试验优化了 La2O3-TiB2-Ni涂层的喷涂工艺,分析了稀土 La2O3对TiB2-Ni涂层作用机理,最终获得了高硬度、高结合强度和优异耐腐蚀性能的高性能涂层。喷涂过程中,材料发生了显著的相损失,形成Ni3B、Ni20Ti3B等复杂化合物;稀土 La2O3掺杂可以改善TiB2-Ni涂层的组织,掺杂1.0 wt.%稀土 La2O3会抑制TiB2与Ni的高温分解和合成反应,减少脆性相的生成,提升TiB2-Ni涂层的硬度、结合强度和耐腐蚀性,涂层的自腐蚀电流密度从71.22 nA/cm2降低至30.24 nA/cm2。（4）以TiB2-Ni涂层作为对比,研究了 La2O3-TiB2-Ni涂层的磨蚀行为,得到了 La2O3-TiB2-Ni涂层在不同静水压力下的磨蚀速率,量化分析了磨蚀过程中磨损和腐蚀的交互作用关系,阐明了其在深海环境下的磨蚀机理。La2O3-TiB2-Ni涂层能够显著提升7075-T6铝合金在深海环境下的耐磨蚀性能,具有显著的耐磨、减磨作用,涂层0.1 MPa的磨蚀率为1.18×10-6 mm3.N-1·m-1,相比7075-T6铝合金在0.1 MPa的磨蚀率降低了一个数量级;磨蚀过程中La2O3-TiB2-Ni涂层与无磨损时相比,自腐蚀电流密度增大了三个数量级;La2O3-TiB2-Ni涂层与7075-T6铝合金深海环境下的磨蚀机制不同,La2O3-TiB2-Ni涂层磨蚀机制从0.1 MPa下伴有腐蚀现象的磨粒磨损转变为高静水压力下伴有腐蚀现象的磨粒磨损和轻微粘着磨损;磨损和腐蚀交互作用分析发现,当静水压力从0.1 MPa增加到30 MPa,腐蚀加速磨损导致的材料损失比例增加了 13.93%,机械磨损仍然是La2O3-TiB2-Ni涂层磨蚀损失的主要因素。
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