S rozvojem průzkumu polárních zdrojů a polární lodní dopravy se značná pozornost zaměřila na materiály pro polární zařízení a ochranné technologie proti poškození v extrémních prostředích. K řešení potřeb antikorozní ochrany oceli pro námořní techniku a hodnocení vlastností nerezové oceli v podmínkách nízkých teplot byla použita technologie laserového plátování k výrobě povlaků z austenitické nerezové oceli 316L a duplexní nerezové oceli 2205 na povrchu oceli FH690. Tyto povlaky byly podrobeny jednoroční zkoušce v atmosférickém prostředí stanice Zhongshan v Antarktidě. Výsledky ukázaly, že povlaky z nerezové oceli účinně snižují rychlost koroze podkladu z mořské oceli. Byla analyzována mikrostruktura, mikrotvrdost, tribologické chování, elektrochemické korozní chování a stabilita vzorků v polárních nízkoteplotních podmínkách. Zjištění ukázala, že povlak 316L vykazoval malou důlkovou korozi, zatímco povlak 2205 vykazoval mírnou selektivní korozi. Oba povlaky si zachovaly úroveň mikrotvrdosti a odolnosti proti opotřebení před expozicí, s mírným snížením korozní odolnosti. Laserem plátované povlaky z korozivzdorné oceli prokázaly stabilitu fázové struktury a výkonnost v prostředí antarktické atmosférické expozice a poskytovaly účinnou ochranu ocelového substrátu při nízkých teplotách. Tyto výsledky nabízejí cennou podporu při posuzování přizpůsobivosti materiálů používaných v polárních zařízeních na prostředí a při vývoji technologií korozivzdorných povlaků.

V posledních letech, v souvislosti s globálním oteplováním, nedostatkem zdrojů a změnami životního prostředí, se průzkumu polárních zdrojů, rozvoji polární lodní dopravy a ochraně polárních zájmů věnuje stále větší pozornost ze strany států po celém světě. Výzkumem bylo zjištěno, že v arktické oblasti se nachází přibližně 30% nevyužitých světových zásob zemního plynu a 13% nevyužitých zásob ropy, zatímco v Antarktidě se nachází největší uhelné pole na světě, které se nachází pod ledovým příkrovem východní Antarktidy a jehož zásoby se odhadují na 500 miliard tun. V procesech průzkumu, rozvoje a ochrany polárních oblastí má zásadní význam provozní výkonnost vysoce výkonných polárních zařízení, jako jsou ledoborce, pobřežní plošiny a pozemní stanice. Polární prostředí je však složité a drsné, s průměrnou roční teplotou přibližně -22,3 °C v Arktidě a mezi -28,9 °C a -35 °C na celém antarktickém kontinentu. Pouze 1 až 4 měsíce v roce se průměrné měsíční teploty pohybují mezi 0 °C a 10 °C, přičemž extrémní povětrnostní podmínky snižují provozní teploty až na -70 °C. V kombinaci se suchými vichřicemi, intenzivním ultrafialovým zářením, cykly zmrazování a rozmrazování a bouřlivými sněhovými srážkami je polární zařízení vystaveno dlouhodobému a vážnému koroznímu poškození v důsledku působení nízkých teplot v atmosféře. U pohyblivých součástí ledoborců, vrtných souprav a skladovacích systémů je třeba brát v úvahu také další poškození způsobené namáháním a opotřebením. Proto je přizpůsobivost materiálů pro polární zařízení vlivům prostředí již dlouho středem pozornosti rozsáhlého vědeckého výzkumu.

V současné době se kovové materiály pro polární zařízení skládají především z nízkoteplotních ocelí, což jsou vysoce výkonné oceli navržené tak, aby vykazovaly vynikající houževnatost a svařitelnost při nízkých teplotách. Obvykle se jedná o nízkolegované oceli na bázi feritu a austenitické nerezové oceli Fe-Cr-Ni. Nízkolegované nízkoteplotní oceli jsou široce využívány díky své cenové výhodnosti a běžně se vyrábějí pomocí termomechanického regulačního procesu (TMCP), který zvyšuje pevnost, houževnatost, svařitelnost a snižuje obsah uhlíku. Wang Chaoyi a spol. provedli svařovací experimenty pomocí svařování pod tavidlem na 54 mm tlusté nízkoteplotní oceli třídy 460 MPa pro polární lodě vyrobené pomocí TMCP. Zjistili, že při extrémně nízké teplotě -70 °C vykazovaly vzorky z tepelně ovlivněné zóny s jednoduchou bainitickou mikrostrukturou křehký lom, zatímco základní materiál s dvoufázovou feriticko-bainitickou mikrostrukturou vykazoval vyšší lomovou pevnost a větší odolnost proti šíření trhlin. Sun Shibin a kol. zkoumali tribologické chování plechů z námořní oceli TMCP FH36 o různých tloušťkách při teplotách 20 °C, -5 °C a -20 °C. Jejich zjištění ukázala, že povrchová mikrostruktura se skládala především z feritu a perlitu, zatímco v oblasti střední tloušťky se vyskytoval ferit, perlit a zrnitý bainit. Mikrostruktura přímo ovlivňovala tvrdost a odolnost proti opotřebení, přičemž dominantním mechanismem bylo abrazivní opotřebení, doprovázené únavovým a adhezním opotřebením. Se snižující se teplotou se zvyšovala lokální povrchová tvrdost, ale odtrhávání materiálu v důsledku tření zhoršovalo opotřebení, což vedlo k širším a hlubším stopám opotřebení a zvětšování objemu opotřebení. Li a kol. studovali počáteční korozní chování nízkoteplotní oceli EH36 v simulovaném polárním mořském atmosférickém prostředí a konstatovali, že koroze zůstává při nízkých teplotách ve zrychlené fázi s rychlostí 0,47 g-m-²-h-¹. Vysokopevnostní nízkoteplotní ocel FH690 nabízí vynikající nízkoteplotní mechanické vlastnosti; v prostředí s kombinovaným poškozením opotřebením a korozí však volné a porézní korozní produkty neodolávají třecím smykovým silám a galvanická koroze mezi obnaženým substrátem a produkty opotřebení dále urychluje degradaci. Mikrostruktura nízkolegovaných nízkoteplotních ocelí je náchylná ke změnám vyvolaným teplem a mechanickými silami, což vede k nestabilitě mechanických a opotřebitelných vlastností. Absence pasivačních prvků navíc vede k rychlé korozi v mořském prostředí Cl-, což výrazně snižuje životnost v podmínkách spojeného opotřebení a koroze.

Poškození materiálu, jako je opotřebení a koroze, obvykle vzniká na povrchu. Využitím technologií plátování vysokoenergetickým paprskem k výrobě vysoce výkonných povlaků s integrovanou odolností proti nízkoteplotnímu opotřebení a korozi na povrchu houževnaté, nízkoteplotní námořní technické oceli lze dosáhnout významného zlepšení provozních vlastností technických zařízení v extrémních polárních prostředích. Povlaky připravené pomocí laserového plátování na podkladech z oceli EH32 pro lodní použití vykazovaly po testech mrazu a koroze za nízkých teplot při -80 °C vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení ve srovnání s podkladem. Výběr vhodných vysoce výkonných povlakových materiálů má zásadní význam pro zvýšení životnosti lodní oceli. Nerezová ocel se svou vynikající odolností proti korozi řeší nedostatek pasivačních prvků v nízkoteplotní námořní oceli a jako slitina na bázi železa zajišťuje pevné metalurgické spojení během procesu plátování. Austenitická korozivzdorná ocel postrádá při nízkých teplotách přechod mezi tvárností a křehkostí a nabízí výjimečnou rázovou houževnatost a odolnost proti korozi. Duplexní korozivzdorná ocel poskytuje vyšší pevnost a lepší odolnost proti opotřebení, přičemž řízené srážení sekundárních fází zachovává dobrou houževnatost. Nepravidelná proměnlivost polárního klimatu komplikuje simulaci korozních zkoušek při atmosférické expozici, a proto je nejspolehlivější metodou hodnocení dlouhodobá atmosférická expozice v polárních oblastech.

Tato studie se zabývá požadavky na materiály pro polární technické vybavení a potřebou ochrany proti poškození v extrémních podmínkách. K výrobě povlaků z austenitické nerezové oceli 316L a duplexní nerezové oceli 2205 na povrchu oceli FH690 byla použita technologie laserového plátování, po níž následovalo testování v atmosférickém prostředí stanice Zhongshan v Antarktidě. Byla analyzována mikrotvrdost, tribologické chování, elektrochemické korozní chování a stabilita vzorků v polárních nízkoteplotních podmínkách, aby se získaly poznatky o přizpůsobivosti materiálů polárních zařízení prostředí a jejich ochraně proti korozi. Byla zkoumána ochranná účinnost laserem plátovaných povlaků 316L a 2205 na oceli FH690 v prostředí antarktické atmosférické expozice.

Experimentální příprava
1.1 Příprava nátěru a podmínky antarktické expozice
Materiálem substrátu použitým v tomto experimentu byla ocel FH690 o rozměrech 100 mm × 25 mm × 10 mm. Povrch byl nejprve vyleštěn smirkovým papírem o zrnitosti 1500, aby se dosáhlo rovnoměrného poškrábání, následovalo ultrazvukové čištění bezvodým ethanolem, aby se odstranily povrchové nečistoty a olej, a poté byl vysušen pro další použití. Jako povlakovací materiály byly vybrány prášky ze slitin nerezové oceli 316L a 2205 s velikostí částic od 48 do 74 μm, které byly před plátováním sušeny ve vakuu při 50 °C po dobu 24 hodin.

Prášky slitin byly rovnoměrně naneseny na povrch substrátu metodou přednastaveného prášku o tloušťce povlaku přibližně 2 mm a rovinném rozměru 50 mm × 25 mm. Pro plátování byl použit polovodičový laser s vláknovou vazbou (RECI Laser, DAC4000) s maximálním výstupním výkonem 4 kW. Parametry plátování byly následující: výkon laseru 1,6 kW, průměr bodu 2 mm, rychlost skenování 800 mm/min, rychlost překrytí 25% a ochrana argonovou atmosférou. Po plátování byly povlaky vyleštěny smirkovým papírem zrnitosti 1500, aby odpovídaly stavu substrátu, na určitých místech byly vyvrtány otvory pro montáž vzorků a počáteční stav vzorků byl vyfotografován a zvážen.

Fixace vzorků pro atmosférickou expozici v Antarktidě se řídila normou GB/T 14165-2008, přičemž povrch vzorku byl umístěn pod úhlem 45° k vodorovné rovině, jak je znázorněno na obrázku 1. Vzorky byly umístěny na stanici Zhongshan v Antarktidě na dobu trvání testu 1 rok (prosinec 2022 až prosinec 2023). Po vyzvednutí byly vzorky vyfotografovány a vzorky s korozními produkty byly ponořeny do roztoku na odstraňování rzi obsahujícího 100 ml HCl, 100 ml deionizované vody a 0,3 g hexamethylentetraminu pro ultrazvukové čištění. Poté byly vzorky opláchnuty alkoholem, vysušeny, vyfotografovány a zváženy. Drátovým elektroerozivním obráběním byly vzorky zpracovány na menší vzorky o ploše 10 × 10 mm pro následné testování.

1.2 Charakterizace vzorku a testování výkonu před a po expozici v Antarktidě
Povlaky před a po vystavení antarktické atmosféře byly charakterizovány z hlediska morfologie, složení a fázové struktury pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM, ZEISS Gemini300), rentgenového energiově disperzního spektrometru (EDS, Oxford INCA 80), rentgenového difraktometru (XRD, Bruker D8 Advance) a konfokálního laserového skenovacího mikroskopu (CLSM, Keyence VK-X250).

Mikrotvrdost byla měřena pomocí Vickersova mikrotvrdoměru (Veiyee QHV-1000SPTA) ve 20 náhodně vybraných bodech na povrchu povlaku při zatížení 200 g a době zdržení 15 s. Jako povrchová tvrdost povlaku byl brán průměr 20 měření. Lineární tribologické chování povlaků při suchém klouzání bylo hodnoceno na multifunkčním stroji pro zkoušení tření a opotřebení (Rtec MFT-5000) s působící normálovou silou 10 N, dobou opotřebení 1800 s, vratnou vzdáleností 3 mm a keramickou kuličkou SiN (průměr 6,35 mm) jako protiplochou. Stopy opotřebení byly analyzovány pomocí trojrozměrného morfometru (Bruker Contour GT-K). Korozní chování při teplotě 10 ± 0,1 °C bylo hodnoceno pomocí elektrochemické pracovní stanice (Gamry Reference 3000) v roztoku 3,5 hm.% NaCl s tříelektrodovým systémem: platinový drátek jako protielektroda, Ag/AgCl elektroda jako referenční elektroda a povlak jako pracovní elektroda, zapouzdřená v epoxidové pryskyřici, aby se odkryla pracovní plocha 10 × 10 mm. Testování potenciálu otevřeného obvodu (OCP) bylo prováděno po dobu 1800 s při vzorkovací frekvenci 0,5 s-¹, následované elektrochemickou impedanční spektroskopií (EIS) při OCP s frekvenčním rozsahem 100 kHz až 10 mHz. Potenciodynamická polarizace byla prováděna při rychlosti skenování 1 mV-s-¹, počínaje počátečním potenciálem -0,3 V vzhledem k OCP a konče, když anodická polarizační proudová hustota dosáhla 1 mA-cm-², čímž vznikla Tafelova polarizační křivka. Každá tribologická a elektrochemická zkouška byla opakována nejméně třikrát, aby byla zajištěna přesnost.

2 Výsledky a diskuse
2.1 Morfologie a analýza hmotnostních ztrát
Mikroskopická morfologie povlaků po přípravě je znázorněna na obrázku 2. Oba povlaky dosáhly uspokojivého metalurgického spojení se substrátem a vykazovaly rovnoměrnou a hustou strukturu bez defektů, jako jsou trhliny, póry, inkluze nebo nedostatečné spojení na rozhraní. Analýza složení klíčových prvků v povlacích je uvedena v tabulce 1. Cr a Mo, kritické prvky odolné proti důlkové korozi v korozivzdorné oceli, tvoří v korozivním prostředí hustý pasivační film, zatímco Ni je primárním prvkem stabilizujícím austenit. Laserové plátování sice dosahuje metalurgického spojení mezi povlakem a substrátem, ale vnáší do povlaku určité zředění, přičemž prvky ze substrátu migrují do povlaku, což vede k mírně nižšímu obsahu Cr a Ni ve srovnání s nominálním složením obou korozivzdorných ocelí.

Obrázek 3 znázorňuje makroskopickou morfologii obou povlaků z nerezové oceli v počátečním stavu, po 1 roce expozice na stanici Zhongshan v Antarktidě a po odstranění rzi. V počátečním stavu vykazovaly ocelový substrát FH690, povlak 316L a povlak 2205 jasný kovový lesk (obr. 3a, 3d) s vynikajícími povrchovými vlastnostmi. Po jednom roce expozice na stanici Zhongshan zůstaly povlaky dobře spojeny s podkladem bez prasklin nebo delaminace. Ocelový substrát FH690 podléhal korozi, reagoval s kyslíkem za vzniku rovnoměrné, volné vrstvy oxidu, která přecházela z kovového lesku do hnědavého odstínu (obr. 3b, 3e). Mezi hlavní korozní produkty oceli FH690 v mořském atmosférickém prostředí patří α-FeOOH, β-FeOOH a Fe₃O₄. Deště a sněžení v Antarktidě, umístěné pod úhlem 45° k zemi, způsobily, že korozní produkty z podkladu FH690 stékaly na povlaky a některé oblasti se zbarvily do šedohněda. Po odstranění rzi šedohnědé korozní produkty na povrchu nátěrů zmizely a morfologie povrchu nátěrů 316L a 2205 vykazovala minimální odchylky od výchozího stavu (obr. 3c, 3f), což svědčí o účinné ochraně substrátu FH690.

Byly popsány mikroskopické vlastnosti nízkolegovaných ocelí po korozi v antarktickém atmosférickém prostředí, které obvykle vytvářejí blokové, lamelové nebo plátkové korozní produkty doprovázené trhlinami a důlkovými prvky. Mikroskopická morfologie dvou povlaků z nerezové oceli po jednom roce atmosférické expozice na stanici Zhongshan je znázorněna na obrázku 4. Povrch povlaku 316L vykazoval četné důlky se zanedbatelnými rozdíly v obsahu kovových prvků uvnitř a vně důlků, ačkoli obsah kyslíku byl vyšší na stěnách důlků. Nerezová ocel je závislá na snadno pasivujících prvcích, jako jsou Cr a Mo, které vytvářejí hustý oxidový film odolávající korozi Cl-; vyšší obsah kyslíku indikuje hustší pasivační film, přičemž oblasti s nižším obsahem pasivačního filmu jsou přednostně korodovány. Povrch povlaku 2205 vykazoval selektivní korozní charakteristiky, přičemž austenitové oblasti (B2) s nižším obsahem Cr korodovaly přednostně, zatímco feritové oblasti (B1) s vyšším obsahem Cr vykazovaly vyšší obsah kyslíku a lepší kvalitu pasivačního filmu.

Laserová konfokální morfologie dvou povlaků z nerezové oceli po jednom roce vystavení atmosférickým vlivům na stanici Zhongshan v Antarktidě je znázorněna na obrázku 5. Povlak 316L vykazoval četná malá místa důlkové koroze, přičemž některé malé důlky se shlukovaly a spojovaly do větších důlků, z nichž nejhlubší dosahoval 12,89 μm. Naproti tomu povlak 2205 nevykazoval žádné znaky důlkové koroze, procházel především mírnou selektivní korozí, přičemž jeho mikroskopická morfologie odrážela charakteristickou dvoufázovou strukturu duplexní nerezové oceli.

Fázová analýza obou povlaků z nerezové oceli v počátečním stavu a po jednom roce atmosférické expozice na stanici Zhongshan (obr. 6) ukázala, že povlaky 316L a 2205 si před expozicí i po ní zachovaly stabilní jednofázovou austenitickou strukturu a dvoufázovou austeniticko-feritickou strukturu. Na površích povlaků se vyskytla pouze nepatrná koroze bez významného hromadění korozních produktů. Vzhledem k tomu, že tloušťka pasivačního filmu obvykle nepřesahuje 10 nm, nebyly zjištěny žádné další difrakční píky. Laserem plátované povlaky 316L a 2205 prokázaly fázovou stabilitu v prostředí antarktické atmosférické expozice.

Na základě výše uvedených výsledků lze konstatovat, že korozní produkty pozorované na vzorcích pocházely ze substrátu, zatímco samotné povlaky nevykazovaly žádné významné změny. Ke zkoumání rychlosti koroze vzorků a vyhodnocení ochranné účinnosti povlaků z nerezové oceli byla použita metoda úbytku hmotnosti. Při studiu koroze vlivem atmosférické expozice se hmotnostní úbytek koroze a rychlost koroze kovových materiálů počítá pomocí následujících rovnic: kde ω představuje hmotnostní úbytek koroze na jednotku plochy (g/m²), ν označuje rychlost koroze (mm/a), m_t je hmotnost vzorku po odstranění rzi (g), m_0 je hmotnost vzorku před expozicí (g), S je plocha povrchu vzorku (cm²), ρ je hustota nízkolegované oceli (přibližně 7,86 g/cm³) a t je doba expozice (h).

Vypočtené hmotnostní ztráty a průměrná rychlost koroze oceli FH690 pod ochranou obou povlaků jsou uvedeny na obrázku 7. Pod povlakem 316L činil úbytek hmotnosti oceli FH690 12,5 mg-cm-² s průměrnou korozní rychlostí 15,9 μm-a-¹; pod povlakem 2205 činil úbytek hmotnosti 12,8 mg-cm-² s průměrnou korozní rychlostí 16,3 μm-a-¹. Oba povlaky vykazovaly v antarktickém atmosférickém prostředí zanedbatelnou korozi a poskytovaly účinnou ochranu ocelového substrátu FH690. Průměrné korozní rychlosti pod oběma povlaky byly téměř totožné, přičemž veškerý úbytek hmotnosti připadal na exponovaný substrát. V porovnání s rychlostí koroze nechráněné námořní oceli 690 MPa v antarktické atmosféře (18,7 μm-a-¹) bylo dosaženo výrazného snížení.

2.2 Mikrotvrdost
Obrázek 8 znázorňuje průměrnou mikrotvrdost obou povrchů povlaků z nerezové oceli. Počáteční hodnoty mikrotvrdosti povlaků 316L a 2205 byly 279,19 HV₀.₂ a 392,77 HV₀.₂. Mikrotvrdost odlitku 316L obvykle nepřesahuje 200 HV₀.₂, zatímco u odlitku 2205 je přibližně 300 HV₀.₂. Vyšší tvrdost laserem plátovaných povlaků lze přičíst dvěma faktorům: zaprvé, rychlé ochlazení během laserového plátování vede ke vzniku dendritické a jemné rovnoramenné struktury zrn, což přispívá ke zpevnění zrn; zadruhé, metalurgické spojení mezi substrátem a povlakem umožňuje, aby se prvky z oceli FH690 promísily do povlaků z nerezové oceli, čímž se zvyšuje tvrdost. To potvrzují výsledky EDS (tabulka 1), které ukazují na zředění Fe, čímž se snižuje obsah ostatních prvků. Po jednom roce vystavení povlaků atmosférickým vlivům na stanici Zhongshan zůstala mikrotvrdost povlaků prakticky nezměněna, což svědčí o jejich vynikající přizpůsobivosti prostředí.

2.3 Tribologické chování
Obrázek 9 ukazuje tribologické chování obou povlaků z nerezové oceli před a po vystavení antarktické atmosféře. V podmínkách suchého kluzného tření se koeficient tření (COF) stabilizoval přibližně po 300 s a dosáhl ustálené hodnoty přibližně 0,7. Po jednom roce atmosférické expozice na stanici Zhongshan se COF povlaku 316L mírně snížil ve srovnání s počátečním stavem, zatímco COF povlaku 2205 zůstal nezměněn. Úbytek objemu opotřebení obou povlaků zůstal před expozicí i po ní stejný, přičemž povlak 2205 vykazoval nižší objem opotřebení než povlak 316L. Profily stop opotřebení povlaku 2205 byly mělčí než profily povlaku 316L, což svědčí o vyšší odolnosti proti opotřebení. Povlak 316L vykazoval výrazné hřebeny na okrajích stopy opotřebení, které byly výsledkem plastické deformace pod tlakem kluzné kuličky. Rychlost opotřebení (μ) povlaků byla vypočtena pomocí Archardovy rovnice: kde V je naměřený objemový úbytek opotřebení (mm³), N je normálové zatížení (N) a d je celková kluzná vzdálenost (m).

Z vypočtených výsledků uvedených na obrázku 9d vyplývá, že rychlost opotřebení povlaků 316L a 2205 byla přibližně 8,35 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹ a 7,85 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹. Po vystavení antarktické atmosféře zůstala rychlost opotřebení obou povlaků na úrovni před expozicí, což svědčí o stabilní odolnosti proti opotřebení.

Na obrázku 10 je znázorněna morfologie stop opotřebení obou povlaků z nerezové oceli po jednom roce expozice ve stanici Zhongshan, přičemž výsledky bodového skenování EDS jsou uvedeny v tabulce 2. Šířka stopy opotřebení povlaku 316L byla 565,72 μm, zatímco u povlaku 2205 byla 495,71 μm, což odpovídá většímu úbytku hmotnosti pozorovanému u povlaku 316L. Z morfologického hlediska vykazovaly oba povlaky ve stopách opotřebení rýhy a přenosové vrstvy, což svědčí o výskytu abrazivního a adhezního opotřebení. Povlak 316L vykazoval vyšší výskyt přenosových vrstev, přičemž adhezní opotřebení bylo výraznější, zatímco povlak 2205 vykazoval výraznější orné drážky, což naznačuje, že dominantním mechanismem je abrazivní opotřebení. Přenosové vrstvy vykazovaly extrémně vysoký obsah kyslíku, což se přičítá třecímu teplu při vzájemném opotřebení, které podporuje oxidaci pasivačních prvků, jako jsou Cr a Mo.

2.4 Elektrochemické korozní chování
Obrázek 11 ukazuje potenciodynamické polarizační křivky obou povlaků z nerezové oceli s elektrochemickými korozními parametry uvedenými v tabulce 3. Po jednom roce atmosférické expozice na stanici Zhongshan vykazovala potenciodynamická polarizační křivka povlaku 316L minimální změnu trendu, ačkoli potenciál průrazu důlku (E_b, počáteční 536,8 mV, po expozici 503,7 mV) se posunul o něco dříve a hustota pasivního proudu (i_p) se zdvojnásobila. Pasivační interval (ΔE) povlaku 2205 zůstal přibližně 1300 mV, ale i_p se zvýšil z 2,455 μA-cm-² na 4,177 μA-cm-² po expozici. Po expozici se korozní odolnost povlaků 316L i 2205 v různé míře snížila, což se přičítá povrchovým defektům vyvolaným korozivní antarktickou atmosférou.

Na obrázku 12 jsou uvedeny výsledky elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS) pro dva povlaky z nerezové oceli. Po jednom roce atmosférické expozice vykazovaly Nyquistovy grafy (obr. 12a) povlaků 316L a 2205 snížené kapacitní poloměry oblouků, což svědčí o poklesu odporu při přenosu náboje a stabilitě pasivačního filmu. Na Bodeho grafech (obr. 12b) se impedanční modul (|Z|) při 0,1 Hz, který obvykle odráží polarizační odpor materiálu v roztoku, po expozici u obou povlaků snížil, což znamená sníženou odolnost proti korozi. Kromě toho větší fázový úhel a širší rozsah ve středofrekvenční oblasti naznačují větší stabilitu pasivačního filmu. Po expozici se středofrekvenční fázový úhel povlaku 316L zúžil a zmenšil, zatímco u povlaku 2205 se rovněž zmenšil, což odráží pokles kvality pasivačního filmu. Vzhledem k přítomnosti dvou časových konstant v procesu koroze byl k přizpůsobení dat použit dvouvrstvý model (vložený na obr. 12a), jak je uvedeno v tabulce 4. Impedance porézní vnější vrstvy (R_p) byla výrazně nižší než impedance vnitřní vrstvy (R_c), což naznačuje, že elektrodový reakční odpor povlaků se řídí především krokem přenosu náboje. Po expozici se R_c obou povlaků snížil. Navzdory mírnému snížení korozní odolnosti po expozici v antarktické atmosféře si povlaky pokryté laserem udržely stabilní pasivační stav a nízkou korozní rychlost a nadále poskytovaly účinnou ochranu nízkoteplotní námořní oceli.

3 Závěr

V tomto článku byly na substrátu z nízkoteplotní lodní oceli FH690 připraveny povlaky z austenitické nerezové oceli 316L a duplexní nerezové oceli 2205 technologií laserového plátování. Povlaky byly vystaveny působení atmosféry po dobu jednoho roku na stanici Zhongshan v Antarktidě. Byl analyzován ochranný účinek, mikrostruktura, tvrdost, tření a opotřebení a elektrochemické korozní chování obou povlaků. Výsledky jsou následující:

(1) Na povrchu povlaku 316L se vyskytla mírná důlková koroze a na povrchu povlaku 2205 mírná selektivní koroze. Oba povlaky z korozivzdorné oceli mohou udržovat stabilní fázovou strukturu, která hraje dobrou ochrannou roli na ocelovém substrátu FH690 a snižuje rychlost atmosférické koroze substrátu.

(2) Mikrotvrdost obou povlaků se téměř nezměnila; koeficient tření byl stabilní na hodnotě přibližně 0,7 a rychlost opotřebení povlaků 316L a 2205 se udržovala na hodnotách přibližně 8,35 a 7,85 × 10-6 mm3-N-1-m-1; povlak 316L byl vystaven především adheznímu opotřebení, zatímco povlak 2205 byl vystaven především abrazivnímu opotřebení. Oba povlaky si dokázaly udržet stabilní mechanickou odolnost a odolnost proti opotřebení před a po antarktické expozici.

(3) Na povrchu obou povlaků se vytvořilo malé množství korozních defektů, což vedlo ke zvýšení hustoty pasivního proudu, brzkému průraznému potenciálu povlaku 316L a snížení impedance pasivačního filmu obou povlaků, které si však stále dokázaly udržet dobrý pasivační účinek a nízkou rychlost koroze.