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电弧喷涂锌丝铝合金图层的防腐机理

时间:2016-10-14 15:41 作者:admin 点击:

在海洋资源的开发和运用进程中,钢材扮演着不可或缺的人物,海洋环境中钢构造的长效防腐是遭到广泛重视的疑问。热喷涂技能作为一种较好的金属资料外表防护和强化技能,能够经过恰当地挑选喷涂资料,改进和行进金属资料外表的耐腐蚀功用,如今运用最普遍的热喷涂技能是电弧喷涂,电弧喷涂锌铝合金涂层是如今功用最佳的防腐涂层。将来极有期望替代油漆等重防腐涂料用作金属资料外表保护涂层,广泛用于船只、大型桥梁、海洋钻井路径和水利设备等防腐,运用寿数可达20年以上。
1 锌铝合金涂层在氯离子存在环境中的防腐机理
    对金属资料来说,电化学腐蚀是一种最通常的腐蚀现象。碳钢在大气、 土壤、海水、淡水等中性介质中都不耐蚀,在海洋环境中,要行进钢基体的耐蚀性,能够选用两种方法:一是依据极化机理对Fe施行阴极保护,喷涂锌丝将 Fe的电极电位降至非腐蚀区;二是依据钝化机理,运用阳极保护法将Fe的电极电位添加至钝化区。
    陈永雄等在对钢铁基体上电弧喷涂Zn-Al合金涂层的研讨中提出热喷涂Zn-Al合金涂层的防腐机理首要是:①Zn的电化学保护效果,即Zn的活性比铁高,能够起到献身阳极的保护效果;②Zn、Al与大气中的氧生成氧化膜且与大气中的水分生成凝胶状水化物而起到钝化保护效果;③涂层把基体和环境离隔,起到屏蔽效果。但这个观念有待完善,通常来说,用作献身阳极的资料,除了恳求与被保护金属之间的有用电位差要大以外, 在运用进程中还应具有电位安稳、阳极极化小、溶解均匀、外表无高电硬壳的特征。
1.1 纯铝作为献身阳极资料的局限性
    Al因为其报价便宜,具有较负的理论电位(-1.67Vvs.SHE在中性溶液中)和高的比能量而使其在阴极保护用献身阳极和电源阳极运用上得到广泛研讨。但因为纯铝在溶液(pH>5.07时)中外表会构成含水氧化物Al2O3· H2O,这种化合物构成了高电阻的外表膜,致使Al的钝化,约束了它在献身阳极和铝/空气电池中的运用。董立先等研讨电弧喷涂防腐铝涂层的耐蚀性,发现涂层外表上氧化膜的自愈才华及涂层外表上堆积的白锈,有阻遏铝作为献身阳极保护阴极的效果。刘燕等在对比Zn-Al合金涂层和纯Al、纯Zn涂层的耐蚀性时也发现纯Al涂层的极化曲线表现出很强的钝化趋势,但自腐蚀电流密度最大,而且在涂层外表无缺的情况下A3钢基体就现已被腐蚀。符圣旭等研讨钢件热喷涂Al、Zn的耐腐蚀功用,发现喷Zn层在3%NaCl 溶液中和5%NaCl溶液构成的盐雾中都以活化态存在,喷Al层在3%NaCl 溶液中不足以构成安稳的钝化膜,但在海洋大气条件下能够坚持钝化-活化替换情况,耐蚀性优于Zn涂层。因而,工业上经过添加合金元历来处理Al在中性介质中的钝化疑问,Zn即是铝基献身阳极的首要合金元素。
1.2 锌铝合金涂层在氯离子存在环境中的腐蚀机理
    郝小军等研讨锌铝合金在3%NaCl溶液中的电化学做法时发现,室温时,Zn在Al中最大溶解度仅2%,当锌含量增大时,富锌成分沿晶间偏析, 晶界呈现伪共晶安排,Al和Zn构成了广大的α固溶体区域,归于置换固溶体。锌铝合金的溶解分为溶解、堆积和再溶解。α固溶体内的Zn相对于Al是阳极性组分,富锌成分相对于α固溶体也是阳极性组分,在与电解质触摸界面处,因为电偶腐蚀的效果,Zn原子和富锌成分优先溶解,在锌铝合金外表构成点蚀孔,损坏外表氧化膜的完整性和细密性,推进锌铝合金外表均匀溶解,生成Zn(OH)2和Al(OH)3堆积,Al (OH)3脱水又生成高电阻Al2O3· H2O外表膜覆盖于锌铝合金外表,与此一起,分出的H2对Al2O3·H2O外表膜有剥离损坏效果,暴露出新鲜的锌铝合金外表,推进点蚀孔进一步拓展,活化溶解继续进行。全部进程外表膜不断地被损坏,而又不断地被修补,恰当富锌相的存在能够使外表膜修补的速度小于损坏的速度,推进锌铝合金的均匀溶解。
    刘燕等用电化学阻抗法谱(EIS)对比Zn涂层和Zn-Al涂层在5%NaCl溶液中的涂层孔隙电阻Rpo和涂层电容CC,发现Zn涂层孔隙电阻Rpo随浸泡时刻延伸敏捷添加,然后又急剧下降;Zn-Al涂层孔隙电阻Rpo在浸泡前期有所不坚定,随浸泡时刻的延伸呈上升趋势,并明显跨越Zn涂层。Zn涂层电容在第2天敏捷下降后坚持安稳,然后又有上升的趋势;Zn-Al涂层的电容在前期急剧下降后坚持在一个相对安稳的情况。刘毅等经过电化学沟通阻抗谱(EIS)研讨了Zn-Al涂层在铜加快醋酸盐雾实验中的腐蚀做法,发现涂层孔隙电阻Rpo随时刻延伸先增大后减小,涂层与基体界面的双电层电容CdI先增大后减小终究趋于安稳。这两项研讨都以为Rpo的增大是因为涂层的腐蚀商品堆积在涂层外表,不只减小了涂层的活性外表,并在必定程度上阻塞了涂层中存在的孔隙,减缓了腐蚀介质向涂层内部的浸透,使得孔隙电阻Rpo增大;Rpo大幅下降是因为腐蚀商品发生了溶解和坠落以及氯离子的不断浸透构成了贯穿型孔隙。涂层电容CC和双电层电容CdI的增大因为电解质溶液的进入增大了活性外表。涂层电容CC和双电层电容CdI的减小是因为涂层外表覆盖了腐蚀商品以及腐蚀商品阻塞涂层中的孔隙致使活性外表减少。当电解质溶液的浸透及腐蚀商品的构成与溶解抵达平衡时,涂层电容CC和双电层电容CdI趋于安稳。实验效果阐明:Zn-Al合金涂层的腐蚀方法与Zn涂层相似,更倾向于均匀腐蚀,但耐蚀性明显优于Zn涂层。这些观念还有待进一步完善,但对Zn-Al合金涂层腐蚀进程的剖析与郝小军等提出的“溶解、堆积、再溶解”机理一起。
1.3 锌铝合金涂层中 Al 含量对涂层耐蚀性的影响
    通常以为锌铝合金涂层中Al的质量分数抵达30%时可获得较好的防腐效果,但这种合金因为锌铝密度相差悬殊,出产难度大,多年来一直是攻关课题,如今还没有这一配比的锌铝合金面世。如今国内能够出产并成功运用于出产实习的锌铝合金丝首要有两种,即Zn/Al质量分数比为85/15和 80/20的锌铝合金丝。钢铁基体上喷涂这种锌铝合金,涂层外表呈现片层状交错叠落的安排构造,涂层颗粒较小,孔隙较少。
    为了行进Zn-Al合金中Al的含量,许多研讨经过选用配备不一样规范的锌丝和铝丝或选用不一样送丝速度的电弧喷涂方法来制备ZnA1伪合金涂层。 陈长江等选用电弧喷涂锌丝和铝丝制备Zn-Al伪合金涂层,发现其在3.5%NaCl溶液中腐蚀电极电位EC最低,为-1.043V,Zn和ZnAl15的腐蚀电位EC略高,约为-1.025 V,Al涂层因为外表腐蚀生成氧化铝致使腐蚀电位EC最高,上升到-0.993V,Zn-Al伪合金涂层作为献身阳极保护阴极的才华最强,Zn和ZnAl15涂层次之。李秉忠等在对Zn-Al伪合金涂层与Zn、Al、Zn-Al合金涂层进行对比盐雾实验后,发现耐腐蚀性的摆放次序为:Al>Zn-Al伪合金>Zn-Al合金>Zn。而且Zn-Al伪合金涂层与Zn-Al合金涂层的腐蚀速率都接近铝涂层,防腐功用均超卓。
    别的,这些年跟着电弧喷涂技能的打开,喷涂丝材除了多见的实心丝材以外,也呈现了许多新式的耐腐蚀粉芯丝材。粉芯丝材包含外皮和粉芯两有些,是由金属外皮内包裹着不一样类型的金属、合金粉末或陶瓷粉末构成的。它一起具有丝材和粉末的利益,能方便地经过改动粉末成分来改动涂层的功用,而且能够进行柔性加工制造。粉芯丝材的呈现大大拓展了高速电弧喷涂资料的计划。朱子新等研讨Al含量对Zn-Al合金涂层电化学腐蚀做法的影响,选用纯度大于99.9%的Zn带作为粉芯丝材的外皮,填充粉末为Al粉末和Zn粉末,制备Al质量分数分别为15.9%、21.1%和30.1%的3种Zn-Al涂层,发现三种涂层都呈现出典型的层状构造特征,安排细密,孔隙率均低于3%,在5%NaCl溶液中浸泡至16 h时都表现出钝化现象, 可是随Al含量的添加,Zn-Al涂层耐腐蚀功用更为优秀,涂层和基体的联络强度也略有增大。
2 电弧喷涂锌铝合金防腐涂层的运用现状
    热喷涂技能作为一种较好的金属资料外表防护和强化技能,能够经过恰当地挑选喷涂资料,改进和行进金属资料外表的耐腐蚀功用,如锌、铝、 不锈钢、镍合金、青铜以及氧化铝、氧化钛和氧化铬陶瓷涂层等。如今功用最佳、运用最广的热喷涂防腐涂层是电弧喷涂锌铝合金涂层。电弧喷涂技能经济、高效,分外适于室外大型工程构造的防护操作,用电弧喷涂技能制备的锌铝合金涂层,兼具了Zn涂层献身阳极的阴极保护效果和Al涂层的钝化保护效果,且下降了氧化烧损和ZnO烟雾对人的危害,行进了涂层的堆积功率,使钢构件的耐蚀寿数新一步延伸,将来极有期望替代油漆等重防腐涂料,用作金属资料外表保护涂层,广泛用于船只、大型桥梁、 海洋钻井路径和水利设备等的防腐工程。
    萧以德等研讨热喷涂锌铝合金涂层对钢构造的防护功用,发如今全部钢构造防护涂层中,唯有热喷涂Zn、Al和Zn-Al合金涂层可为在大气、海水、淡水等环境下运用的钢构造供应20年以上的防腐寿数,Zn-15Al合金涂层加封孔和有机涂层的复合防护系统特别适用于基础建设设备、配备中的大型钢构造构件。
    安云岐等查询电弧喷涂长效防腐技能在桥梁工程中的运用,对比如今国内外桥梁工程上选用的两种防护技能:重防腐涂料涂层技能的首期免保护寿数通常计划为10~15年,电弧喷涂复合涂层技能的首期免保护寿数通常计划为20年以上,乃至可达50年。到如今中止,国内选用电弧喷涂锌基或铝基防腐涂层防护技能的大型桥梁工程已接近百座,实习防护效果超卓。例如2002年在河南省三门峡城市209线钢梁,及国家重点项目首钢曹妃甸矿石码头修建的钢管混凝土拱桥的钢构造有些就选用了电弧喷涂锌铝技能。
    沈亚郯等介绍了电弧喷涂技能在电厂中的运用,电弧喷涂锌、铝及其合金涂层再加上有机关闭涂层构成的复合涂层能够用于电厂各种钢构造和循环管路的长效防腐,相较于重防腐油漆涂层系统每隔8~10年需停产进行从头涂装修理,电弧喷涂长效防腐复合涂层能够结束30年内无需任何保护,30年后保护施工工艺简略、工期短、费用低,社会经济效益高。例如,2000年4月徐州华润发电厂的循环冷却水管路外外表选用了电弧喷涂技能防腐;2004年3月及2005年4月徐州华润电力有限公司彭城发电厂的补水箱、除盐水箱内壁、淡水箱等选用电弧喷涂技能防腐。
3 结语和展望
    锌铝合金涂层在氯离子存在环境中的防腐机理及其运用是如今国内研讨电弧喷涂长效防腐涂层的热点。大有些研讨以为,纯铝涂层因为在大气中能够生成细密的Al2O3钝化膜,具有很高的安稳性,而这种安稳性却致使其电化学保护功用变差;纯锌涂层具有极好的阴极保护效果,但在海水中消耗量很大;锌铝合金涂层兼具纯Zn涂层和纯Al涂层的利益:Zn成分对涂层有活化溶解的效果,使涂层在大气、淡水和海水中都具有极好的献身阳极阴极保护效果;一起在海洋大气环境中,潮汐改动、晴雨替换也能够使涂层外表被氯离子损坏的Al2O3钝化膜得到必定的批改,使涂层的安稳性和耐蚀性优于纯Zn涂层。因而,电弧喷涂锌铝合金涂层技能正逐渐替代纯铝和纯锌涂层,运用于各种钢构造和配备的长效防腐工程。
    将来对于锌铝合金涂层防腐机理的研讨和涂层的运用还有很大的打开空间,一方面跟着各种新式实验方法和仪器设备的运用,对锌铝合金涂层防腐机理的研讨会愈加深化;另一方面跟着对各种涂层合金化研讨的进一步打开,以及Mg、Si、Cu和稀土等少数元素的添加,锌铝合金涂层的抗腐蚀才华会进一步行进。估量锌铝合金防腐涂层在海洋大气环境中的运用会越越广泛。