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超音速电弧喷涂热喷涂长效防腐涂装工艺
2015-07-15

  一、概述

  由于钢铁结构长期处在各种气氛(包括海洋、工业城市、田野、矿井)、不同水质介质的侵蚀环境中,均受到不同程度的腐蚀。据资料介绍,全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈,大约有30%的钢铁设备因腐蚀而失效。工业发达国家,每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的2-4%,我国这方面的损失每年也达上千亿元。

  超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝及其合金涂层,外加封闭处理,就可以制备长效防护复合涂层。有效防护期一般可达20-30年,最长有效期外国已有60年之久的记录。随着我国电弧喷涂热喷涂技术的发展与提高,锌、铝及其它合金涂层将逐渐取代传统的刷漆工艺,在某些领域里应用超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝涂层也代替了大部分热浸镀锌工艺。这里以超音速热喷涂锌、铝涂层为例,简要介绍长效防腐工艺的性能。

  二、锌、铝长效防护复合涂层的性能

  1、锌、铝涂层的防护机理

  研究表明,钢铁在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因,在没有保护的情况下,碳钢的平均腐蚀速度比锌高5-20倍,比铝高40-100倍。采用普通的油漆防护时,由于油漆与钢铁基体的粘附强度低、耐冲刷和颗粒磨损能力低、使用过程中老化变质等原因,往往容易造成局部涂层损失脱落、而使钢铁基体锈蚀,导致油漆层大面积起泡脱落,致使短期内防护失效。

  超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝复合涂层对钢铁基体有双重保护作用。

  一方面,经过封闭处理的涂层可以起到物理覆盖作用。将钢铁与水和空气等腐蚀介质隔离开来,从而起到防护作用;另一方面,当涂层有孔隙、裂纹或损坏时,由于锌和铝的电化学性能比较活泼,电极电位比钢低,构成腐蚀电池时,锌或铝是负极,铁是正极,锌、铝失去电子,变成离子进入电解质溶液中而被腐蚀,其自由电子流向钢铁,使钢铁极化而受到保护。

  铝是一种活性很强的金属,很容易与氧结合,生成一层致密、坚硬的氧化保护层,有效的防止铝涂层进一步氧化。而且喷涂过程中,铝变成负电性更强的活化状态,能更好的对钢铁基体起阴极保护作用。

  喷涂后采用低粘度涂料,对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆,成为以金属为基础的复合涂层,将进一步显著提高涂层防蚀能力,延长保护周期。

  由于超音速电弧喷涂(热喷涂)时锌或铝呈熔融液喷射到经过粗化处理的钢铁表面上,熔融有较大的热能,获得比有机涂层进一步氧化。而且喷涂过程中,铝变成负电性更强的活化状态,能更好地对钢铁基体起阴极保护作用。

  喷涂后采用低粘度涂料,对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆,成为以金属为基础的复合涂层,将进一步显著提高涂层防护能力,延长保护周期。

  2、超音速电弧喷涂锌、铝涂层的特点

  钢铁结构件采用喷涂锌、铝涂层加封闭涂装保护,形成长效防护复合涂层,与一般有机涂层相比有其突出特点:

  (1)防护期长:喷锌、喷铝复合涂层、防护有效期一般可达20-30年,在大气中最长有效期国外达60年之久的记录,而有机涂装的防护期一般为3-8年。

  (2)结合强度比有机涂层高,达到2-3kgf/mm2。

  (3)耐高温:喷铝涂层经扩散处理,可在900℃高温下抗氧化;锌涂层亦可承受450℃。

  (4)不存在老化变质问题。

  (5)耐磨、耐冲刷、抗擦伤性能好。

  3、喷锌、喷铝涂层的比较

  喷锌涂层是国外应用最早的一种阴极保护涂层,60年代以前长效防护大部分采用喷锌涂层。但是由于(1)锌层是一种牺牲阳极材料,因此喷锌涂层的防腐速率比喷铝涂层高,其耐蚀期与厚度成正比,要达到长效防蚀、喷锌涂层应有一定厚度;(2)锌的密度(7.09/cm3)。比铝(2.7cm3)高2.6倍,因此喷涂相同厚度的涂层,锌的消耗量是铝的2.6倍。国外资料报道,喷涂等效涂层厚度的情况下,锌比铝涂层成本贵一倍;(3)喷锌所形成的ZnO粉尘对人体呼吸道有危害;(4)喷锌时由于空气中CO含量不足,不能形成稳定的ZnCO3保护膜,而易疏松的Zn(OH)2,在锌涂层上产生许多“白锈”,腐蚀率升高;(5)由于工业区大气、城市大气中SO2含量较高,使雨水酸度增加,也能破坏ZnCO3膜的稳定性,使锌涂层腐蚀速率加快。

  随着新型电弧丝材喷涂技术的发展,目前国际上大型钢铁构件广泛采用喷铝长效防护涂层。喷锌涂层除继续在乡村大气、谈水和偏碱性气氛中使用外、正逐渐被喷铝涂层所代替。

  喷锌、喷铝涂层腐蚀速率与其使用环境介质的PH值密切相关。一般来说,喷锌涂层用于弱碱性条件下为好,喷铝涂层最好用于中性或酸性条件下。

  三、超音速电弧喷涂锌、铝复合层国内应用典型实例:

  (1)1920年,法国巴黎附近的圣·吉尼船闸采用喷锌防护,1952年进行检查,喷涂涂层完好。

  (2)1936年,美国在KAW河大桥钢结构上喷涂250um厚的锌涂层,1975年检查涂层完好。

  (3)1939年,英国北威尔士麦奈海峡公路桥悬挂链及部分钢结构件喷锌防护,钢结构一直保持极好状态。

  (4)美国格兰维奇市一座天然汽化工厂的净化装置,采用钢结构上喷涂130um厚的铝涂层,30年后仍然保持完好。

  (5)我国淮南电厂的264座输电塔,1952年对其上半部分采用喷锌防护,涂层至今仍完好。

  (6)江苏三河63孔钢制水闸门,1966年采用喷锌涂层防护,已使用28年涂层完好。

  (7)华东电管局上海南桥50万V输送电工程,1.4万m2钢管(合钢材600t),采用电弧喷涂锌,厚度140um,防护期可达30年以上。

  (8)上海航标仪器厂制造的航标浮桶,采用喷铝防护情况良好,喷铝防护比油漆防护能提高耐腐蚀期10倍以上,喷铝层防海水腐蚀最大期限能超过25年。

  (9)天津电视塔330m钢结构件,要求防腐蚀寿命50-70年,以超音速电弧喷涂锌为底层,喷铝为面层,再涂封闭剂,可防护50年以上。

  (10)北京市100多座立交桥上照明高杆及灯罩,全面采用喷锌或喷铝80-120um再封闭,防护年限可达20-30年。

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