压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层_赵雪妮.pdf

表面技术 第 52 卷 第 6 期 296 SURFACE TECHNOLOGY 2023 年 6 月 收稿日期：20220426；修订日期：20220930 Received：2022-04-26；Revised：2022-09-30 基金项目：陕西省重点研发计划（2018GY168）；陕西高校青年创新团队建设项目（2019）；陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划（21JP018）Fund：Key Research and Development Program of Shaanxi Province(2018-GY618);Youth Innovation Team of Shaanxi Universities(2019);Science Research Plan Program of Youth Innovation Team Construction of Education Department of Shaanxi Province(21JP018)作者简介：赵雪妮（1974），女，博士，教授，主要研究方向为多层金属复合板材制备及变形，金属板材表面防腐涂层，生物材料及涂层。Biography：ZHAO Xue-ni(1974-),Female,Doctor,Professor,Research focus:preparation and deformation of multi-layer metal sheet,corrosion-resistance coating on metal sheet,biomaterials and coating.引文格式：赵雪妮,尹琴月,赵振洋,等.压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层J.表面技术,2023,52(6):296-306.ZHAO Xue-ni,YIN Qin-yue,ZHAO Zhen-yang,et al.Preparation of Aluminum Coating on Steel Plate by Pressure-assisted Solid State Forming J.Surface Technology,2023,52(6):296-306.压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层 赵雪妮，尹琴月，赵振洋，刘家豪，王朋义，王贤贤（陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021）摘要：目的目的 获得厚度可控的 FeAl 合金层，提高 Q235 钢板的耐腐蚀性能和成形加工性能。方法方法 通过创新涂层制备方法，以 Q235 为基体金属，以铝箔为镀层金属，采用压力辅助固态成形法在 Q235 钢板表面制备耐腐蚀铝涂层（AlP/Q235）。通过三点弯曲实验研究 AlP/Q235 的成形性能，通过全浸泡腐蚀失重实验、电化学实验分析研究 AlP/Q235 的腐蚀性能，利用扫描电子显微镜及其附带的能谱仪对铝涂层弯曲变形后的显微结构、微观组织和元素组成进行表征。探讨压力辅助固态成形铝涂层对基体的保护行为，并阐明铝涂层的腐蚀防护机理。结果结果 在采用压力辅助固态成形法制备的铝涂层钢板中，铝箔与 Q235 基体实现了冶金结合，生成了厚度大约为 44 m 的 FeAl 合金层，合金层主要由“颗粒状”的 FeAl3和“锯齿状”的 Fe2Al5相层组成。通过三点弯曲试验测得 AlP/Q235 的弯曲强度为 255 MPa，与 Q235 相比，提高了 11.8%。在 NaCl（质量分数为 3.5%）溶液中全浸泡腐蚀 25 d 后，AlP/Q235 的平均静态腐蚀速率为 0.21 mg/(dmd)，约为 Q235的 1/10。在 NaCl（质量分数为 3.5%）溶液中浸泡，并进行电化学实验，测得 AlP/Q235 的电流密度 Jcorr为1.583 A/cm2，约为 Q235 的 1/27。结论结论 采用压力辅助固态成形法制备的 AlP/Q235，获得了厚度可控的 FeAl合金层，有效提高了其耐腐蚀性能和成形加工性能。关键词：铝涂层；成形加工性能；压力辅助固态成形；冶金结合；静态腐蚀速率；耐腐蚀性能 中图分类号：TG178 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)06-0296-11 DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.06.026 Preparation of Aluminum Coating on Steel Plate by Pressure-assisted Solid State Forming ZHAO Xue-ni,YIN Qin-yue,ZHAO Zhen-yang,LIU Jia-hao,WANG Peng-yi,WANG Xian-xian(College of Mechanical&Electrical Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Xian 710021,China)ABSTRACT:The work aims to prepare aluminum coating on Q235 steel plate by pressure-assisted solid state forming,which is an innovative coating preparation method,and can improve its corrosion resistance and formability without damaging the properties of the matrix material.The corrosion resistance and formability of aluminum coated Q235(AlP/Q235)steel plate are studied.第 52 卷 第 6 期 赵雪妮，等：压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层 297 A Q235 steel plate and an aluminum foil were sanded and polished and then cleaned and dried.An aluminum foil with a thickness of 100 m and a Q235 steel with a thickness of 1 mm were stacked and pressed in a mold for 1 h.The pre-pressed aluminum foil and Q235 steel were sintered in a hot pressing sintering furnace under a vacuum of 10 MPa,a temperature of 630 and a pressure of 30 MPa.The surface morphology,cross-section morphology and element composition of the samples were observed and analyzed by super depth of field three-dimensional microscope,electron scanning microscope(SEM)and energy dispersive spectrometer(EDS).The phase structure of the coating was characterized by X-Ray diffraction(XRD).The formability and corrosion resistance of the aluminum coated Q235 steel plate were tested by three-point bending test,full immersion test and electrochemical test,and the corrosion protection mechanism of AlP/Q235 was clarified.The thickness of Fe-Al alloy layer was uniform and about 44 m.The Fe-Al alloy layer was composed of granular FeAl3 phase layer and serrated Fe2Al5 phase layer.In the Al-Fe alloy layer,the Fe2Al5 phase accounted for the main component,and the FeAl3 phase accounted for only a small part of the intermetallic compound.The bending strength of AlP/Q235 was 255 MPa,which was 11.8%higher than that of Q235.The results of full immersion test showed that the static corrosion rate of AlP/Q235 was 0.21 mg/(dmd),which was about 1/10 of Q235.The open circuit potential test results showed that the Eocp value of Q235 decreased from 0.5 V to 0.7 V.The Eocp of AlP/Q235 was stable at 0.725 V.An oxide film was formed on the surface of aluminum coating.The polarization test results showed that the self-corrosion current densities of Q235 and AlP/Q235 were 43.404 A/cm2 and 1.583 A/cm2 respectively.The polarization resistance was 642.3/cm2 and 5214.6/cm2 respectively.According to the fitted polarization curve,the self-corrosion potentials of Q235 and AlP/Q235 were 0.73 V and 0.64 V respectively.The corrosion resistance of AlP/Q235 was improved compared with that of Q235 steel.The corrosion process of AlP/Q235 included charge transfer and diffusion process.Based on the results of the above research,the corrosion protection mechanism of AlP/Q235 was elucidated.Aluminum coating mainly provided protection for low carbon steel through surface Al2O3 oxide layer,self-sealing of corrosion products,barrier of alloy layer and electrochemical protection of aluminum atoms.The metallurgical bonding and Fe-Al alloy layer with controllable thickness are obtained in the AlP/Q235 prepared by pressure-assisted solid state forming.The AlP/Q235 improves the formability and corrosion resistance and can be used in the structural parts of buildings,bridges,ships and automobiles in corrosive environments.KEY WORDS:aluminum coating;formability;pressure-assisted solid state forming;metallurgical bonding;static corrosion rate;corrosion resistance 钢材的力学性能优良，是现代工业中的重要材料1。由于钢铁极易被腐蚀，易形成疏松多孔的腐蚀产物2，导致钢材失效，造成巨大的安全隐患和经济损失3-4，因此必须采取有效措施提高钢的耐腐蚀性能5。表面工程技术是延长钢材使用寿命的一种重要手段6。在近些年的钢材表面保护研究中发现，金属铝具有良好的耐腐蚀性能，常被用作钢材表面保护涂层7-9。常见的钢板表面铝涂层制备技术包括固态成形技术10、热浸镀法11-13、热喷涂法14-15等。热浸镀法是铝涂层的制备方法之一，涂层由 Al 层（外层）和FeAl 合金层（内层）组成，FeAl 合金层主要由FeAl3、Fe2Al5相等组成16-17，其中 Fe2Al5相为主要成分，呈锯齿状结构，生长速度较快，且较厚，与钢基体之间具有不规则的界面，为脆性相，其结构和厚度对铝涂层钢板的力学性能有着显著影响18。热喷涂也是制备铝涂层的常见方法之一，它具有工序灵活、操作较少、恢复快速、制备时限较短等特点19-20。在喷涂铝涂层时，喷涂的铝层由单独的铝颗粒构成，铝容易被氧化，使得颗粒之间的结合更易受阻，造成制备的铝涂层具有较高的孔隙率，并与基体的结合强度不高21-22。基于热浸镀法和热喷涂法的优缺点，近些年来国内外在生产与研究过程中常采用固态成形技术制备铝涂层。在生产和研究过程中发现，通过调节铝箔厚度，使得铁铝复合板具有良好的显微结构及变异性的潜力23。当钢板与铝箔发生固态反应时，生成的金属间化合物层显著降低了 AlFe 复合材料的力学性能。在拉伸试验中，断裂主要发生在 Fe2Al5或 FeAl3金属间化合物层24。Liu 等25采用压力辅助固态扩散结合技术，在 430（FeCr）和 304（FeCr）不锈钢基体上制备了 FeAl 基金属间化合物层，并与在纯铁上制备的铝化合物层进行比较。Al 与 Fe 基体之间发生相互扩散，在 Fe4Al13基体上生成了弥散分布的 Cr2Al13网状结构，具有很好的耐腐蚀性能。Springer 等26研究了 Q235 与工业纯 Al（99.99%），Q235 与 AlSi 合金（Al-5wt.%Si）之间，在 600 和675 条件下发生的固体/固态、固体/半固态和固体/液态扩散反应，以及生成金属间化合物的过程。结果表明，反应层的总厚度主要受到 Fe2Al5互相扩散的抛物线式生长的控制，在 16 h 后达到 36 m，反应层界面形状不规则，与 Al 之间的界面呈锯齿状，在靠近298 表 面 技 术 2023 年 6 月 钢基体一侧的合金层呈大尺度波浪状，存在反应时间过长及界面形状不规则等缺点。在该研究基础上采用固/固结合法制备 Al 涂层时，可向表面施加一定压力，在保证结构主要成分为 Fe2Al5的同时，有效缩短了制备时间，优化了 AlFe 合金反应层的界面形状。这里针对铝涂层钢板 FeAl 合金层厚度不可控、成形加工性能较差等问题，提出基于固态成形技术制备铝涂层钢板，通过工艺调整及创新涂层制备方法，采用压力辅助固态成形技术在 Q235 钢板表面制备铝涂层（AlP/Q235），在不影响耐腐蚀性能的前提下，制备合金层厚度可控的 AlP/Q235，优化铝涂层的组织结构界面，提高铝涂层钢板的成形加工性能，有效缩短涂层的制备时长。采用三点弯曲实验研究 AlP/Q235的成形性能，通过全浸泡实验和电化学实验研究 AlP/Q235 的腐蚀性能，并分析铝涂层的腐蚀防护机理。1 实验 1.1 材料和方法 采用压力辅助固态成形技术在 Q235 钢表面制备铝涂层，流程如下。1）准备工作。将 Q235 钢切割成 35 mm35 mm 1 mm 的方形板，将铝箔切割成 34 mm34 mm100 m的方形箔。其中，铝箔的尺寸略小于 Q235 钢板的尺寸。因为铝的延展性能优异，因此在压力作用下会向外围扩展。2）表面处理。将切割好的 Q235 钢板依次用 400#、800#、1200#、2000#的 SiC 砂纸打磨，用抛光布进行表面抛光至镜像状态。用 400#砂纸将铝箔表面的氧化皮打磨去除。经打磨处理后，将样品依次用无水乙醇和蒸馏水超声清洗 10 min，然后快速干燥备用。3）预压。将干燥后的材料按 AlQ235Al 的顺序堆叠在一起，放入模具中，利用手动压力机在60 MPa 压力下保压 1 h，保证各层紧密结合在一起，实现材料的预压。4）压力辅助固态成形。将预压后的材料放入石墨模具，在真空度为 10 MPa、温度为 630、压力为 30 MPa 的热压烧结炉中进行压力辅助固态成形，保压时间为 30 min，获得样品 AlP/Q235。1.2 表征与性能测试 利用 SiC 砂纸（400#、800#、1200#、2000#）在LAP1X 高级金相磨抛机上对试样的切割断面进行打磨，无划痕后再用粒度为 W1.5 的金刚石抛光膏在抛光布上精磨至镜面。采用 DSX510 型超景深三维显微镜、Vega3SBH 型电子扫描显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对试样的表面微观形貌、截面微观形貌及涂层厚度进行测试分析，并对涂层的元素组成进行测试和表征。将 Q235 和 AlP/Q235 样品沿厚度方向切割（10 mm10 mm），用于失重实验和电化学测试。在失重实验中，样品数量为 5 个，将 Q235、AlP/Q235试样浸入 NaCl（质量分数均为 3.5%）溶液中，每隔5 d 更换 NaCl 溶液。在开始腐蚀后的第 25 天取出试样，用去离子水超声清洗 20 min，以去除表面腐蚀产物，经干燥后，使用 BSAl24SCW 电子天平（精度104 g）称量，并计算样品的腐蚀失重。在电化学实验中，将 Q235、AlP/Q235 连接电线，并单面封装固定于环氧树脂胶中，将涂层面裸露于空气中。采用上海辰华 CHI604E 电化学工作站，以及三电极装置在室温下进行电化学试验，以测试样品的开路电位（OCP）、阻抗谱及动电位极化曲线。利用 SEM 和EDS 对腐蚀后试样的表面形貌、元素组成和含量比进行检测分析。通过三点弯曲试验，研究了 Q235 和 AlP/Q235样品的成形性能。在实验中，下方测试夹具的跨度为30 mm，将试样放置在下方夹具中心，以 0.5 mm/min的恒定速率弯曲。当弯曲位移为 4 mm 时，取下试样，用环氧树脂包埋样品，对其横截面进行打磨抛光，使用超景深三维显微镜观察变形样品的微观结构。2 结果与分析 2.1 形貌与物相成分 样品 AlP/Q235 的截面形貌和 EDS 扫描图如图 1所示。如图 1a 所示，金属间化合物层与 Al 的界面呈均匀锯齿状，与 Q235 钢的界面呈舌状27。此外，舌状结构向基体延伸，金属间化合物层向基体侧生长，说明 Al 的扩散有利于金属间化合物的生长。Al涂层、合金层和基体中的元素变化情况如图 1b 所示，从涂层到基体，Al 元素含量逐渐降低，Fe 元素的含量逐渐升高，在金属间化合物层出现了少量 O 元素，可能形成化合物。在金属间化合物层中，Fe 元素含量和 Al 元素含量基本不变，呈过渡状态。以上结果表明，铁铝相互扩散，合金层使得涂层与基体实现了冶金结合，厚度约为 44 m。王瑶等28采用热浸镀法制备铝涂层，FeAl 合金层的厚度约为（150.374.95）m，可见采用该方法大幅度减小了 FeAl 合金层的厚度。AlP/Q235 的 SEM 截面形貌图中位置 1 和 2 处的点扫图如图 1cd 所示，其中位置 1 处 C 原子出现的主要原因是石墨模具中的碳扩散到铁铝界面处，O 原子出现的主要原因是铁铝界面上存在氧化物，Al 的原子数分数与 Fe 的原子数分数之比约为 2.71，与 FeAl3的原子数分数之比接近，表明与铝涂层相邻的金属间化合物主要为 FeAl3相。另外位置 2 处由原子数分数71.43%的 Al 原子与原子数分数 28.57%的 Fe 原子组成。此处 Al 与 Fe 的原子数分数之比约为 52，与Fe2Al5相的原子数分数之比一致，表明与基体相邻的 第 52 卷 第 6 期 赵雪妮，等：压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层 299 图 1 AlP/Q235 的截面 SEM 图和 EDS 图 Fig.1 Cross-sectional SEM morphology and EDS scanning spectra of AlP/Q235;a)cross-sectional SEM morphology of AlP/Q235;b)EDS line scanning spectra;c)EDS scanning spectra at point 1;d)EDS scanning spectra at point 2 金属间化合物主要为 Fe2Al5相，与 EDS 线扫图（图1b）的结果一致。由于界面处形成了少量的 FeAl3相，未形成连续层，所以 EDS 线扫图无法准确反映 FeAl3相的厚度。综上所述，在 Al 与 Fe 之间的反应层中，Fe2Al5相为主要成分，FeAl3相只占形成的金属间化合物的一小部分。2.2 弯曲性能 Q235、AlP/Q235 在弯曲荷载作用下的力位移曲线如图 2 所示，AlP/Q235 弯曲变形后的截面形貌如图3 所示。由图 2 可知，当变形量为 2.95 mm 时，曲线突然下降，说明此时 Q235 内部产生了裂纹；在弹性变形的初始阶段，AlP/Q235 的曲线斜率较小，这可能与设备相关。经计算，AlP/Q235 的弯曲强度为255 MPa，略高于 Q235 钢的弯曲强度，这可能是因合金层的存在使得 AlP/Q235 的弯曲强度增大。虽然合金层的硬度较高、脆性较大，易发生脆性断裂，但并未影响涂层的完整性，因此曲线平稳上升。即使变形量为 3 mm，也未出现突然下降现象，说明此时AlP/Q235 仍然保持相对完整。由图 3a 可知，在弯曲变形时 AlP/Q235 涂层仍相对完好地覆盖在钢基体表面，未出现大面积脱落现象。AlP/Q235 弯曲变形后位置 1（拉伸变形区）的局部放大图如图 3b 所示，在拉应力作用下合金层出现垂直于涂层方向的微裂纹，横穿合金层，对表面铝层未产生较大影响，铝层仍然平整、均匀分布。AlP/Q235在弯曲变形后位置 2（压缩变形区）的局部放大图如图 3c 所示。在剪切应力的作用下，未对 AlP/Q235 的合金层产生显著影响，涂层与合金层结合紧密，合金层未出现裂纹。金属在热力学作用下会发生原子间的相互扩散。Al 由 Al/Q235 表面向基体扩散，Fe 由基体开始向Al/Q235 表面扩散。在 630 和 30 MPa 下，扩散结合能达到 AlFe 化合物的形成条件，因此在 Al/Q235 图 2 弯曲荷载作用下材料的力位移曲线 Fig.2 Force-displacement curve of the materials under bending load 300 表 面 技 术 2023 年 6 月 图 3 AlP/Q235 弯曲变形后的截面形貌 Fig.3 Cross-sectional morphology of AlP/Q235 after bending deformation:a)cross-sectional morphology of AlP/Q235 after bending deformation;b)magnified image of tensile deformation area;c)magnified image of compression deformation zone 表面形成了 AlFe 金属间化合物层。由此说明，采用压力辅助固态成形技术制备的 AlP/Q235 降低了FeAl 合金层的厚度，优化了铝涂层的组织结构，涂层与合金层结合紧密，合金层未出现裂纹，塑性变形能力增强，提高了 AlP/Q235 的成形性能。2.3 静态腐蚀行为 Q235 和 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中浸泡25 d 后，通过浸泡前后质量的变化情况计算腐蚀速率，如图 4 所示。Q235 的腐蚀速率为 2.02 mg/(dmd)，AlP/Q235 的腐蚀速率为 0.21 mg/(dmd)，约为 Q235的1/10。结果说明铝涂层显著提高了Q235 的腐蚀性能。Q235 浸泡腐蚀 25 d 后，表面阴极部位的形貌和能谱图如图 5 所示。在 Q235 的阴极部位吸附了大量的氧，累积了大量的颗粒状腐蚀产物，使其表面粗糙，如图 5a 所示。从放大图可以看到，在 Q235 表面堆积着块状的松散腐蚀产物，体积膨胀，使得腐蚀产物中的局部内应力增大，在腐蚀产物周围产生裂纹，如图5b 所示。选择腐蚀表面的部分区域进行元素检测，结果如图 5c 所示。可以发现，腐蚀产物主要由 Fe、O、C 组成。Q235 中的铁元素与溶液中的氧元素结合，生成了氢氧化亚铁，进一步分解生成氧化铁，然后附着在碳钢表面。图 4 Q235 和 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中的腐蚀速率 Fig.4 Corrosion rate of Q235 and AlP/Q235 in 3.5wt.%NaCl solution 在浸泡腐蚀 25 d 后，Q235 表面阳极部位的形貌和能谱图如图 6 所示。如图 6a 所示，Q235 的表面阳极部位出现波浪形水流冲刷痕迹，可能由 Fe 元素的溶解所致。从放大图可以看到，表面阳极部位出现明显的腐蚀凹坑，凹坑的面积较大，内壁附着部分腐蚀产物，这可能与氯离子的侵蚀有关。对比图 5c 和图 6c 可知，其腐蚀产物表面的元素一样、含量不同。图 5c 中的氧元素明显多于图 6c 中 图 5 浸泡腐蚀 25 d 后 Q235 钢表面阴极腐蚀形貌图和能谱图 Fig.5 Corrosion morphology and energy spectrum of the cathode region on the Q235 steel surface after immersion corrosion for 25 days:a)corrosion morphology at low magnification;b)corrosion morphology at high magnification;c)energy spectrum of the cathode region on the Q235 steel surface 第 52 卷 第 6 期 赵雪妮，等：压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层 301 图 6 浸泡腐蚀 25 d 后 Q235 钢表面阳极腐蚀形貌和能谱图 Fig.6 Corrosion morphology and energy spectrum of the anode region on the Q235 steel surface after immersion corrosion for 25 days:a)corrosion morphology at low magnification;b)corrosion morphology at high magnification;c)energy spectrum of the anode region on the Q235 steel surface 的氧元素，说明 Q235 表面的氧元素含量分布不同，形成了阳极区和阴极区。通过形貌图可知，阳极区的腐蚀较严重，阴极区的腐蚀较轻。在浸泡腐蚀 25 d 后，AlP/Q235 的表面形貌和能谱图如图 7 所示，可以发现 AlP/Q235 仅在局部位置出现微小腐蚀凹坑，说明表面溶解的氧元素对铝涂层的影响不大。铝涂层表面氧化膜较薄弱部位被氯离子侵蚀，形成了腐蚀凹坑，周围存在白色腐蚀产物29，如图 7a 所示。由于腐蚀产物的累积，腐蚀凹坑的体积膨胀，内应力增大30，生成裂纹，并向周围扩展，如图 7b 所示。腐蚀凹坑的元素分布如图 7c 所示，发现存在 Fe、Al、O、C 等元素，说明主要有 Fe2O3、Al2O3等腐蚀产物沉积在腐蚀凹坑中，减缓了腐蚀速度。在浸泡腐蚀 25 d 后，Q235 和 AlP/Q235 的表面物相组成如图 8 所示。经过浸泡腐蚀后，Q235 表面主要由 Fe2O3和 Fe 组成。经过浸泡腐蚀后，AlP/Q235表面主要由 Al、Al2O3、AlO(OH)、Fe2O3和 Fe 组成，其中 Al 来源于初始制备的涂层，Al2O3一方面来自氧 图 7 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中浸泡腐蚀 25 d 后的表面形貌和能谱图 Fig.7 Surface morphology and energy spectrum of AlP/Q235 immersed in 3.5wt.%NaCl solution for 25 days:a)surface morphology of AlP/Q235 immersed for 25 days;b)magnified image of corrosion point;c)energy spectrum of corrosion point 图 8 Q235 和 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中浸泡腐蚀 25 d 后的表面形貌和能谱图 Fig.8 Surface morphology and energy spectrum of AlP/Q235 immersed in 3.5wt.%NaCl solution for 25 days:a)XRD spectra of Q235 immersed for 25 days;b)XRD spectra of AlP/Q235 immersed for 25 days 302 表 面 技 术 2023 年 6 月 气环境下其表面生成的氧化膜，另一方面来自 Al 与溶液中溶解氧的反应生成物。AlO(OH)则是由在腐蚀过程中产生的Al(OH)3未完全分解而残留在涂层表面产生的。通过 XRD 得到的物相成分与 EDS 分析得到的成分一致。2.4 电化学腐蚀 2.4.1 开路电位 Q235 和 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中浸泡24 h 内，开路电位（EOCP）的变化曲线如图 9 所示。在实验过程中，Q235的EOCP从0.5 V持续降至0.7 V左右23。初始电位的降低与氯离子在氧化铁表面的吸附、渗透、氧化物溶解、氧还原（阴极反应）、铁氧化（阳极氧化）等因素有关。在开路电位下，阴极和阳极同时发生电化学反应。AlP/Q235 的 EOCP与 Q235不同，铝涂层表面形成了 Al2O3氧化膜，降低了AlP/Q235 的腐蚀倾向，AlP/Q235 的 EOCP在0.725 V上下波动。图 9 Q235 和 AlP/Q235 浸泡 24 h 后的开路电位 Fig.9 EOCP of Q235 and AlP/Q235 immersed for 24 h 2.4.2 动电位极化曲线 Q235 低碳钢和 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中浸泡腐蚀 24 h 后，其动电位极化曲线如图 10 所示。从图 10 看出，Q235 和 AlP/Q235 的极化均从阴极阶段开始，然后到阳极阶段结束。在阴极的极化阶段，两者的极化曲线形状基本一致，此阶段主要发生典型的氧还原反应。在阳极阶段，两者的极化曲线差别明显。Q235 在阳极阶段的极化曲线光滑，AlP/Q235 的极化曲线则在0.6 V 左右发生小范围波动，且在0.556 V 时腐蚀电流出现突变。这一情况表明，在该电位铝涂层表面的氧化膜被氯离子击穿，造成点蚀，使腐蚀电流迅速增大。对 Q235 和 AlP/Q235 的动电位极化曲线进行Tafel 拟合，如表 1 所示。通过 Tafel 拟合可知，Q235和 AlP/Q235 的自腐蚀电位分别为0.73、0.64 V，自腐蚀电流密度分别为 43.404、1.583 A/cm2，极化电阻分别为 642.3、5 214.6/cm2。AlP/Q235 的自腐蚀 图 10 Q235 和 AlP/Q235 浸泡 24 h 后 的动电位极化曲线 Fig.10 Potentiodynamic polarization curves of Q235 and AlP/Q235 immersed for 24 h 表 1 Q235 和 AlP/Q235 浸泡腐蚀 24 h 后 的动电位极化参数 Tab.1 Potentiodynamic polarization parameters of Q235 and AlP/Q235 immersed for 24 h MaterialID Ecorr/VJcorr/(A/cm2)bc/mV ba/mV Rp/(cm2)Q235 0.7343.404332.9 78.125 642.3 AlP/Q2350.641.583276.43 65.777 5 214.6 电流密度约为 Q235 的 1/27，说明铝涂层可以提高钢基体的耐腐蚀性能。2.4.3 阻抗谱 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中长期浸泡下的EIS 测量结果如图 11 所示。如图 11ab 所示，在整个浸泡过程中，反应体系由动力学控制和传质控制两者共同作用。随着浸泡时间的延长，AlP/Q235 的抗腐蚀性能有所提高，这可能是由于腐蚀产物在涂层/基体界面上积累，减缓了腐蚀过程。在 AlP/Q235 的任何时期都未观察到感应环，表明氯离子在氧化铝表面的强吸附产生了一个大的电容半圆，阻碍了在中频和高频区域观察到感应环31。EDS 显微分析结果表明，在 AlP/Q235 的表面未检测到氯离子，表明如果在涂层表面形成了一些羟基氯化铝，它会溶解，使氯离子游离在溶液中。在浸泡过程中，Bode 相图中显示了 2 个时间常数，如图 11cd 所示。在 NaCl 溶液中，在开路电位附近电位下 Al 很容易被氧化，因此高频范围的时间常数可能与一个过程（氧化膜的腐蚀）有关，也可能与 2 个过程（氧化膜的腐蚀和铝的氧化）有关，这可能是 2 个时间常数完全重叠的结果。AlP/Q235 在低频范围内的时间常数与氧化铝的溶解有关。当浸泡时间小于 10 d 时，AlP/Q235 的阻抗模量逐渐增加。这可能是因腐蚀产物的堆积减缓了腐蚀速率。在浸泡16 d 后，AlP/Q235 的阻抗模量开始下降。在浸泡 25 d时阻抗模量低于第 5 天时的阻抗模量，这明显与氯离 第 52 卷 第 6 期 赵雪妮，等：压力辅助固态成形法制备钢板表面铝涂层 303 图 11 AlP/Q235 在 NaCl（3.5%）溶液中长期浸泡下的 EIS 结果 Fig.11 EIS results of AlP/Q235 for a long time of immersion in 3.5wt.%NaCl solution a:a)EIS results of AlP/Q235 for a long time of immersi