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  3. 海洋耐蝕涂層方案


    熱噴涂(Thermal Spray)的定義

      采用各種熱源將粉狀或絲狀固體材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài),通過高速氣流使其霧化,然后高速噴射、沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件表面,從而形成附著牢固的表面層。

    熱噴涂特點(diǎn)

    ①涂層材料取材范圍廣

      金屬、合金、陶瓷、塑料、尼龍、復(fù)合材料等。

    ②工件不受限制、可用于各種基體

      金屬、陶瓷、玻璃、石膏、布、紙、木材等固體

    ③可使基體保持較低溫度、基材變形小

      冷工藝30~200℃、不變形、不弱化

    ④工藝靈活

      可10mm內(nèi)孔,也可大型構(gòu)件;可大面積,也可局部;保護(hù)性氣氛,也可現(xiàn)場作業(yè)

    ⑤工效高、操作程序少、速度快

      每小時幾公斤~幾十公斤

    ⑥涂層厚度可調(diào)范圍大

      幾十微米~幾毫米

    ⑦可得到特殊的表面性能

      耐磨、抗氧化、耐熱、導(dǎo)電、絕緣

    ⑧成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著

    海洋耐蝕涂層工作原理

    ■腐蝕原理:電化學(xué)腐蝕

    陽極:氧化反應(yīng) Fe-2e=Fe2+

    陰極:還原反應(yīng) 1/2O2+H2O+2e=2OH-

    ■兩種基本防護(hù)作用:機(jī)械隔離、陰極保護(hù)

      機(jī)械隔離:涂層起到物理覆蓋作用,較好地將鋼鐵基體與水、空氣及其它介質(zhì)隔離開。

      以目前海洋環(huán)境中主要應(yīng)用的鋅鋁材料為例。

    表1 碳鋼、鋅、鋁材料在不同大氣類型中的平均腐蝕速率

    大氣類型

    平均腐蝕速率(微米/年)

    碳鋼

    海洋

    26~104

    0.5~8

    0.4~0.6

    工業(yè)

    28~175

    2~16

    1

    鄉(xiāng)村

    4~65

    0.2~3

    0~0.1

    陰極保護(hù)

    ■犧牲陽極陰極保護(hù)是使用電動序中較活潑的金屬,如鋁、鋅、鎂等等作為主要成分的合金作為犧牲陽極,從而減輕或防止被保護(hù)金屬腐蝕的一種電化學(xué)方法。

    ■例如,由于鋁的電極電位比鋼鐵低,在電解質(zhì)溶液(海洋鹽水、海洋大氣)中,當(dāng)鋁涂層局部發(fā)生破損或有孔隙時,熱噴涂鋁涂層在海洋鋼鐵防腐中為犧牲陽極,使鋼鐵基體得到保護(hù),起到陰極保護(hù)作用。

    常見海洋耐蝕涂層應(yīng)用情況

    ■鋁、鋅及其合金涂層

      目前,在海洋大氣環(huán)境下橋梁、鐵塔海洋石油平臺等鋼等大型結(jié)構(gòu)部件的防腐應(yīng)用中,常選擇純鋁(99%)或鋁合金(如Zn-Al15,Al-Mg5),其中鋅鋁合金中,若鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,則耐蝕性最佳。

    ■不銹鋼涂層

      不銹鋼電極電位比鐵高,易在涂層孔隙處產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,所以噴涂后必須封孔處理。

    表2 Fe、金屬涂層與海水腐蝕相關(guān)參數(shù)

    幾種金屬涂層/封孔層的海水腐蝕性能

    美國焊接學(xué)會19年腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    ■鋁噴涂層厚度為0.08~0.15mm時,可以在海水、苛刻的海洋與工業(yè)大氣中提供19年以上的完全的基體金屬防護(hù)。

    ■未封閉的鋅涂層厚度至少需要0.30mm,才可以在海水中提供19年以上的完全的基體金屬防護(hù)。在苛刻的海洋與工業(yè)大氣中厚度至少需要0.23mm,封閉層厚度需要0.08~0.15mm。

    項(xiàng)目涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)及前期成果

    ■項(xiàng)目擬開展的涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      本項(xiàng)目涂層設(shè)計(jì)主要由兩部分功能涂層組成:首先是與基體材料直接結(jié)合的金屬耐蝕層,該涂層主要起到機(jī)械隔離和耐海洋電解質(zhì)腐蝕的作用;其次是與金屬耐蝕層相結(jié)合的封孔層或有機(jī)耐蝕層,該部分涂層主要起到對內(nèi)部金屬耐蝕層可能存在的微小空隙進(jìn)行填封,阻礙腐蝕介質(zhì)進(jìn)入涂層內(nèi)部。

    封孔層的選擇

    ■由于噴涂涂層存在一定孔隙,因此為提高防腐效果,需進(jìn)行封孔處理。目前,對于基體使用溫度在120℃以下的鋼材,常選擇環(huán)氧類封孔劑,120℃以上的,選擇較高溫度下使用的鋁硅類封孔劑。

    ■作為耐蝕涂層封孔處理材料,選擇封孔劑應(yīng)具有以下特性:

    1.足夠的滲透性;

    2.耐化學(xué)或溶劑作用;

    3.一定機(jī)械性能;

    4.一定耐溫、耐候性;

    5.不影響涂層或基體性能;

    前期成果

    熱噴涂耐磨防腐涂層技術(shù)

    ■鋼結(jié)構(gòu)防腐→耐蝕合金及其復(fù)合涂層技術(shù)

    ■動力系統(tǒng)磨損防護(hù)→扁平粒子界面顆粒強(qiáng)化涂層技術(shù)

    ■特殊功能表面涂層→可控微納米結(jié)構(gòu)涂層及復(fù)合涂層技術(shù)

    金屬/陶瓷復(fù)合涂層

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