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海洋環境下熱噴涂鋁鋅合金的實際應用

2017-04-12 10:37:33 作者：本網整理來源：防腐蝕論壇分享至：

    海洋腐蝕與防護是海洋開發中的一個重要問題，因為海洋大氣和海水腐蝕是造成海岸設施、近海工程結構、船舶等損壞的重要原因。因此，研究海洋環境下建筑物的抗腐蝕性能和長效防護技術對人類開發海洋、利用海洋具有重大的戰略意義。

    國內外大量的研究及應用結果表明，熱噴涂鋁、鋅及其合金涂層是最有效和最經濟的防護方法。因為鋁、鋅和鋁鋅合金涂層具有優良的耐腐蝕性能，鋁、鋅對于鋼鐵是陽極性材料，即使涂層稍有缺陷也會通過犧牲陽極來保護鋼鐵基體，使其免受腐蝕，因此鋁鋅被廣泛用作鋼鐵構件的防腐蝕涂層。因此可以采用熱噴涂鋁、鋅及其合金涂層對鋼鐵構件和構筑物進行長效防護。本文即對熱噴涂鋁鋅及其合金在海洋環境下的具體應用做簡要介紹，供企業、研究機構及其相關人員參考。

    一、國外對熱噴涂鋁鋅的研究和應用

    英國是應用熱噴涂防腐蝕技術最早的國家之一。在1939年首次采用熱噴涂鋅涂層方法保護新建的威爾士Menai海峽大橋的鋼鏈和部分鋼結構。噴涂的鋅涂層厚度為0.125 mm，油漆封孔。15年后檢查鋅涂層基本完好，鋼鐵基體保護完好，無需修復。1989年英國人J . C. Bailey等在第12屆國際熱噴涂會議上提交的論文中提到，經過50 年的使用，Menai海峽大橋的鋼鐵基體仍然被很好地保護著。1956年后英國開始對新建的大橋整體實施熱噴涂鋅涂層防腐處理。位于蘇格蘭的Qucesferry的Forth Road橋處于多風的海洋環境，橋長3.6 km，建成于1964年。該橋采用防腐工藝是磷化底漆和熱噴涂鉻酸鋅涂層，然后涂上云母氧化鐵面漆，大橋使用13年后無維修，保護層色澤完好，僅對部分油漆脫落處進行少量的維修。采用熱噴涂鋅涂層的防腐方法能有效地防止鋼鐵構件與瀝青路面接觸而發生生銹、腐蝕，降低橋梁發生斷裂破壞的危險。

    1926年，美國在亞利桑那洲鹽河上修建了Mormon Flat水庫，在1937 年安裝了2個15 m寬×15 m高的溢洪道閘門。隨著水庫水位的變化，閘門有時泡在水中，有時暴露在烈日之下，從經濟利益和安全方面考慮，必須采取有效的防腐措施，保證盡可能的延長水庫的使用壽命。經過反復論證，最后決定采用熱噴涂鋅涂層的方案。為保證40年的涂層壽命，工作人員初步預計鋅涂層的厚度應至少0.175 mm。考慮到水面上經常有漂浮物的碰撞會損壞閘門上凸起的鉚釘及焊縫區域的鋅涂層，為了充分發揮鋅涂層的陰極保護作用，使得涂層能在某些區域出現局部破損的情況下，對這些破損區仍有保護作用，決定在鋅涂層表面不涂刷任何涂料。施工后對噴涂層測量，涂層厚度基本在0.175 mm～0. 25 mm之間。1992 年3 月，水庫的管理者決定對它們進行仔細地檢查。此時水庫的水位已低于以往最低水位線1米，可以很好地檢查閘門水位線附近區域的涂層狀況。檢查者看到在閘門表面沒有任何銹跡，鋅涂層表面狀況良好，無白銹（鋅的腐蝕產物），無明顯的鋅涂層不均勻腐蝕現象；雖然鉚釘頭、焊縫等凸起部位經水面漂浮物的刮碰，表面鋅涂層已破損，鋼鐵基體暴露出，但是鋼鐵基體沒有任何可見的腐蝕跡象。檢查人員使用涂層測厚儀檢測了多處涂層厚度，測量結果顯示，除極少數點的涂層厚度是0.1 mm外，其余點的厚度值都在0.175 mm～0.25 mm之間，與22年前原始噴涂的厚度相比，幾乎沒有大的變化?？梢?，鋅涂層在水庫閘門防腐蝕方面起到了很好的保護作用。

    1984年6月，美國使用熱噴涂鋁涂層技術對北海中的Hutton生產設備中的張力支柱平臺的系鏈、升降機和錐形塔進行防腐蝕，因為對于這些高強度鋼制件來說，火焰噴涂鋁涂層不僅可提供一種鋁屏蔽層，而且一旦涂層受到破壞，還可以作為犧牲陽極保護所出現的漏涂區；在火焰噴涂層上可涂覆封閉涂料，封住火焰噴鋁涂層的孔隙，改進涂層性能，延長其使用壽命。Hutton 平臺使用8年后，在飛濺區沒有發現腐蝕現象和褐色滲漏效應。厚度測量表明，平臺安裝后涂層厚度沒有減少，通過拉伸和劃線試驗發現，涂層的結合強度很高（在10.35～13.8 MPa之間），除去鋁涂層基體仍顯原始噴砂的狀態，表明熱噴涂鋁涂層后的Hutton平臺抗腐蝕性能良好。

    二、國內對熱噴涂鋁鋅的研究和應用

    我國從20世紀80年代開始全面推廣應用熱噴涂防腐蝕技術，對該技術的系統研究與試驗起步較晚。1983年開始由機械工業部武漢材料保護研究所負責開展了熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層的電化學測試，在全國8個典型地區的大氣暴露試驗在不同海域的海水腐蝕試驗，長江三峽水域的淡水腐蝕試驗。通過對試驗結果的分析，為熱噴涂防腐技術在我國的大規模推廣應用提供了可靠依據。

    1984年南京水利科學研究院設計了山東石臼港10×104 t級開敞式碼頭16根32 m跨度裝煤機鐵道梁噴金屬保護。由于該地區平時風浪較大、結構離海平面位置低、腐蝕環境較為惡劣，因此科學家將涂層設計為：火焰噴鋁加磷化底漆27. 5 μm，環氧云母氧化鐵40～50 μm，丙烯酸聚氨酯面漆30 μm防腐保護，封閉層總厚度為80～90 μm。1987年經交通部鑒定認為防腐蝕效果顯著，預計20年不需要大修。1994年檢查整個鋼梁無一銹點。

    1986年，中船七二五所將研制的高鋁鋅基合金線材采用火焰熱噴涂技術噴涂到幾條躉船船舷外側處于海洋大氣區和浪花飛濺區的部位（金屬涂層厚度約150μm），并進行有機涂層封閉處理。2004年對仍在服役中的一艘躉船檢查發現鋅鋁涂層在海洋大氣區保存完整，在浪花飛濺區水線附近的鋅鋁涂層基本消耗，并出現了大量白色的鋅鋁金屬腐蝕產物，但鋼鐵基體卻沒有出現明顯的銹蝕現象。

    三、結語

    熱噴涂鋅鋁及其合金涂層已成為一種成熟的近海和海洋鋼鐵設施的防護技術，經過適當封閉的熱噴鋁涂層在常溫和高溫下對處于飛濺區的鋼結構均表現出優良的防腐蝕性能，按目前的技術水平，200μm厚的熱噴鋁涂層對鋼結構在飛濺區的防護壽命預計將超過30年。我國的熱噴涂防腐蝕技術起步較晚，這種有效的防護方法還沒有引起普遍的重視，在腐蝕嚴重的海洋環境中鋼鐵設施的熱噴涂長效防護應用在我國目前仍然較少，有待進一步推廣應用。因此，開發研究該技術對我國的經濟發展具有很大的推動作用。