流场特性对电沉积Zn-SiO2复合防腐涂层的影响机理

Electrodeposition is one of the most important methods for metallic matrix anticorrosive composite coating material preparation. Its application is more and more extensive. The mixed flow of electrolyte and composite particles under the action of stir is an important factor affecting the preparation process and anticorrosive property in the electrodeposition process, but people can not accurate control the flow characteristics of composite electrolyte, and limit the development of composite electrodeposition basic theory research and application of technology. This project is based on the Zn-SiO2 composite electrodeposition system as the research object, calculating and analysising the law and characteristics of velocity field, pressure field and evolution of turbulence in different regions of electrolytic cell ,with a variety of means of the integrated use of computational fluid dynamics LES simulation and PIV test，modern mathematics fractal dimension, material science and electrochemistry, to quantify the composite particles, adsorption and flow state, and coating composite deposition amount, degree of uniformity of composition and corrosion resistance, and in-depth research the influence law of electrolyte flow characteristics effect on the composite electrodeposition process. It has important guiding significance not only for the theoretical research of composite anti-corrosion coating materials electrodeposition and process optimization design, but also can provide new ideas and methods for developing and improving the level and depth of composite coating .

电沉积是制备金属基复合防腐涂层材料的重要方法之一，其应用越来越广泛。在电沉积过程中，电解液和复合粒子在搅拌作用下的混合流动，是影响涂层制备工艺和防腐性能的重要因素，但人们目前还不能精确地定量控制复合电解液的流动特性，限制了复合电沉积基础理论研究和应用技术水平的发展。本项目以Zn-SiO2复合电沉积体系为研究对象，综合运用计算流体力学的LES模拟和PIV测试、现代数学分形维数、以及材料学和电化学等领域的多种研究手段，计算和分析电解槽内不同区域速度场、压力场以及涡湍的演变规律与特征，对复合粒子的悬浮、吸附和流动状态，以及涂层的复合相沉积量、成分均匀程度以及防腐性能等均进行量化表征，深入研究电解液流场特性对复合电沉积过程的影响规律，不仅对复合防腐涂层材料的电沉积理论研究和工艺优化设计具有重要指导意义，还可为提升和发展复合涂层材料的研究水平和深度提供新的思路和方法。

流场作用是影响复合电沉积过程中固体颗粒传质、吸附和沉积行为的关键要素，掌握电解液的流动特性对复合电沉积基础理论的研究以及工艺优化设计具有重要的指导意义。本项目针对搅拌速度、电流大小、截面位置、搅拌时间做出了研究，得出搅拌速度是影响流场的最主要因素，搅拌速度越大，电解液流动速度越大； 电流大小对电解液的流动影响不大；截面位置对电解液有一定的影响，当搅拌速度一定时，离搅拌源越远，流动状态越趋于平缓，这样越有利于在阴极附近得到均匀流场，从而利于复合镀层制备；搅拌时间对某个区域的最大流动速度影响不大，随着搅拌时间的增加，相对最大速度并不是一直增大的，说明这个过程是一个复杂的多相流问题，而且该体系在很短时间就能达到充分搅拌。同时，搅拌作用的引入增加了镀层中SiO2的含量，使得镀层致密度增加，厚度增加，提高镀层的耐腐蚀性。在完成项目的同时，已培养3名硕士生，1名博士生，发表论文14篇，其中SCI检索2篇，EI检索2篇，发明专利授权2项，实用新型专利授权2项。