铁基非晶合金与普通不锈钢相比,具有更优异的耐蚀性能和耐磨性能,故一直倍受关注。然而,块体非晶通常存在塑性差和制备困难等问题,严重限制了其实际应用。把铁基非晶合金以涂层的方式涂覆在其他结构材料表面,不仅有利于改善其脆性,而且可容易实现大面积制备,因此在船舶、石油及发电工业等领域呈现出广阔的应用前景。值得关注的是,热喷涂制备的铁基非晶合金涂层中不可避免地存在着孔隙和氧化物层等结构缺陷,这些缺陷对涂层的使役性能有着显著的影响。针对以上关键问题,本文系统地开展了多种缺陷对涂层腐蚀性能的影响的研究,探讨了孔隙、氧化物层、晶体相等缺陷以及缺陷造成的成分不均匀性对涂层腐蚀的影响规律及机制。另外,围绕涂层的实际服役环境,本文还详细研究了铁基非晶合金涂层在干湿交替氯离子和乏燃料湿法贮存的硼酸溶液两种环境中涂层的腐蚀行为,提出了有效评价涂层腐蚀的电化学测量方法。以上工作对深入理解涂层缺陷与腐蚀内在关联性以及推动非晶涂层的应用具有非常积极的指导作用。主要研究结果如下:(1)选用厚度约为500μm,平均孔隙率为(1.46±0.07)%的铁基非晶合金涂层,研究了涂层孔隙对腐蚀特性的影响。喷涂态涂层动电位极化钝化区曲线不稳定,钝化膜稳定性较低。微电极样品动电位极化研究发现涂层耐蚀性随孔隙率增大而变差,这归因于涂层孔隙内部易发生局部腐蚀。选取低粘度环氧树脂作为封孔剂对涂层进行封孔处理后涂层自腐蚀电流密度降低,钝化膜稳定性增加,涂层长期耐蚀性能大幅提升。(2)基于高Cr含量低孔隙率铁基合金涂层,研究了粒子间氧化物层自身作为结构缺陷对涂层腐蚀的影响。研究表明,涂层经长期浸泡呈现出显著的腐蚀演化特征,即电解质溶液会通过粒子间氧化物层渗透进入涂层内部引起局部腐蚀,局部腐蚀进一步沿着粒子间氧化物层快速发展,最终导致涂层失效。采用稀释的磷酸铝溶液对铁基合金涂层进行渗透处理。磷酸铝渗透处理后涂层具有更低的腐蚀电流密度和钝化电流密度,在长期浸泡中对局部腐蚀有更持久的抵抗力。(3)利用二次离子质谱等手段,分析了铁基非晶合金涂层中的成分分布特征,发现孔隙、氧化物和晶体相等涂层缺陷周围存在明显的局部贫铬区。该区域涂层钝化膜不稳定,会优先发生局部腐蚀。据此,设计出电化学溶解结合封孔消除缺陷的方法,即在0.35 wt.%NaCl溶液中进行1.2VSCE恒电位极化,选择性地溶解局部贫铬区,涂层中成分缺陷可转化成结构缺陷,随后通过封孔处理消除电化学溶解处理产生的结构缺陷。消除局部贫铬区后,涂层表现出的钝化电流密度更低、过钝化电位更高、钝化膜更加稳定,具有更好的耐腐蚀性能。(4)采用双电极体系测量方法,研究了涂层在干湿交替环境中的阻抗谱行为。通过改进的传输线等效电路模型剖析涂层的腐蚀行为。该模型与干湿交替环境中涂层腐蚀的阻抗谱数据具有很高的拟合度,且能够准确的分析电极在液膜极薄条件下的电荷转移电阻。研究发现,非晶涂层在濒临干燥的状态下氧传输变快,腐蚀速率最大。涂层孔隙内外的氧浓度差加速孔隙内部的腐蚀,引发涂层在孔隙中发生局部腐蚀。局部腐蚀发生后沿粒子间界面区域发展,最终贯穿整个涂层致使涂层失效。整体上,铁基非晶合金涂层在干湿交替环境中对基体的有效保护时间长达900 h。(5)选取1.5 wt.%硼酸水溶液作为腐蚀电解质,研究了铁基非晶合金涂层在乏燃料湿法贮存环境中的腐蚀行为。涂层在硼酸水溶液中有良好的自钝化能力,腐蚀电流密度约4.24×10-7A cm2。极化电位高于0.5 VSCE时,涂层钝化不稳定,这归因于钝化膜中Mo元素的溶解增加。观察发现,局部腐蚀集中于孔隙和粒子间界面区域,局部贫铬区的钝化膜更容易发生破坏引起局部腐蚀。涂层在硼酸溶液中具有良好的耐长期腐蚀性能。在1.5 wt.%H3BO3溶液中浸泡130 d后,局部腐蚀贯穿整个涂层达到低碳钢基体。