電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理和應(yīng)用現(xiàn)狀

王金輝(中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理和應(yīng)用現(xiàn)狀

王金輝(中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

鋅鋁合金涂層是一種應(yīng)用十分廣泛的防腐手段，在金屬材料表面噴涂鋅鋁合金涂層，可以對金屬材料實(shí)施有效的保護(hù)，能夠預(yù)防金屬材料的腐蝕，從而有利于延長金屬材料的使用壽命，也有利于減少金屬材料的維護(hù)與保養(yǎng)成本。電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術(shù)，電弧噴涂鋅鋁合金涂層是現(xiàn)階段防腐性能最好的涂層之一，在我國有著良好的發(fā)展前景與廣闊的發(fā)展空間。本篇論文中，筆者主要對電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理進(jìn)行了探討，并分析了電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀，以供參考。

電弧噴涂；鋅鋁合金涂層；防腐機(jī)理

0 引言

電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，熱噴涂技術(shù)也取得了一定的改進(jìn)與完善，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了不可替代的優(yōu)勢，合理選擇噴涂材料，有利于改善與提升金屬材料表面的耐腐蝕性，從而有利于延緩金屬材料的腐蝕速率。電弧噴涂鋅鋁合金涂層是一種性能十分理想的防腐涂層，具有良好的附著性、塑性，因此，變形前后的耐腐蝕性保持不變。熱鍍鋅鋁合金涂層中含有鋅、鋁以及微量的稀土元素，相比較于常規(guī)熱鍍鋅，熱鍍鋅鋁合金涂層的耐大氣腐蝕特性較好，且涂敷性較好，因此能夠使涂層、合金層之間的結(jié)合長期保持穩(wěn)定。

1 電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理

對于金屬材料來說，最為常見的一種腐蝕類型便是電化學(xué)腐蝕，海水、淡水、土壤以及大氣環(huán)境等，均會導(dǎo)致金屬材料發(fā)生電化學(xué)腐蝕。為了有效提升金屬材料的耐腐蝕性，可以應(yīng)用兩種措施：一是按照鈍化機(jī)理理念，利用陽極保護(hù)法來提高鐵(Fe)的電極電位；二是按照極化機(jī)理理念，采取陰極保護(hù)法來降低鐵(Fe)的電極電位[1]。

1.1 鋁含量對電弧噴涂鋅鋁合金涂層性能的影響

一般來說，普遍認(rèn)為為加強(qiáng)電弧噴涂鋅鋁合金涂層的耐腐蝕性能，必須遵循百分之三十的標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格控制鋅鋁合金涂層中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。然而，由于鋅、鋁兩種材料之間的密度存在著很大的差異，導(dǎo)致鋅鋁合金的生產(chǎn)難度大幅度增加，基于這樣的原因，就現(xiàn)階段來說，我國依然尚未生產(chǎn)出相應(yīng)質(zhì)量配比的鋅鋁合金。目前，可以成功生產(chǎn)的鋅鋁合金主要有2種，一種是鋅、鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為百分之八十五比百分之十五的鋅鋁合金，另一種鋅、鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為百分之八十比百分之二十的鋅鋁合金[2]。經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展，電弧噴涂技術(shù)也取得了一定的改進(jìn)與完善，其噴涂絲材除了實(shí)心絲材之外，也研發(fā)了一些新型的、性能更加優(yōu)越的耐腐蝕粉芯絲材。粉芯絲材主要由外皮與粉芯兩個部分組成，外皮通常情況下是金屬外皮，例如各種類型的金屬以及合金粉末等；粉芯絲材充分發(fā)揮了粉末和絲材兩者的優(yōu)勢。一般情況下，改變了粉末成分之后，便可以實(shí)現(xiàn)涂層性能的改進(jìn)與優(yōu)化，同時也可以滿足柔性加工制造的要求?？偠灾?，粉芯絲材的研發(fā)與應(yīng)用，在很大程度上拓展了高速電弧噴涂材料的應(yīng)用范圍。

1.2 電弧噴涂鋅鋁合金涂層在氯離子環(huán)境下的防腐機(jī)理

我國相關(guān)研究學(xué)者在對百分之三氯化鈉溶液中鋅鋁合金的電化學(xué)行為進(jìn)行研究的時候發(fā)現(xiàn)，在室溫環(huán)境中時，鋅在鋁中的最大溶解度僅為百分之二，在鋅含量逐漸增加的過程中，沿著晶間偏析富鋅成分，從而在晶界出現(xiàn)了一些偽共晶組織，這也就代表著鋁、鋅形成了固溶體區(qū)域?；诖?，通常情況下可以將鋅鋁合金的溶解過程劃分為溶解、沉積以及再溶解[3]。固溶體區(qū)域中的鋅和鋁進(jìn)行比較，是陽極性組分，但是與固溶體相比，富鋅成分也屬于陽極性組分，究其原因在于，根據(jù)電偶腐蝕原理的要求來看，通常情況下會對電解質(zhì)接觸界面處存在的鋅原子、富鋅成分進(jìn)行優(yōu)先溶解，從而導(dǎo)致鋅鋁合金表面出現(xiàn)了點(diǎn)蝕孔，這就破壞了鋅鋁合金表面氧化膜的致密性、完整性，接下來便會對鋅鋁合金表面進(jìn)行均勻溶解，經(jīng)過一系列的反應(yīng)之后，鋅鋁合金表面便會形成一層高電阻表面膜。除此之外，析出的物質(zhì)還可以對鋅鋁合金表面氧化膜產(chǎn)生剝離的作用，從而暴露出一層新鮮的鋅鋁合金表面，使得鋅鋁合金表面的點(diǎn)蝕孔進(jìn)一步擴(kuò)大，破壞了鋅鋁合金表面氧化膜的致密性、完整性之后，又對其進(jìn)行修補(bǔ)，這就構(gòu)建了一個不斷的循環(huán)。

2 電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀

電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術(shù)，熱噴涂技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了非常多的優(yōu)勢，其中，最為明顯的一項(xiàng)便是其有利于加強(qiáng)金屬材料表面的防腐蝕效果，通過與金屬材料的結(jié)合，同時合理選擇適合的噴涂材料，從而可以有效改善、加強(qiáng)金屬材料的耐腐蝕性[3]。鋅鋁合金涂層就是一種性能優(yōu)越的噴涂材料，其中含有鋅、鋁以及微量的稀土元素，相比較于常規(guī)熱鍍鋅，熱鍍鋅鋁合金涂層的耐大氣腐蝕特性較好，且涂敷性較好，因此能夠使涂層、合金層之間的結(jié)合長期保持穩(wěn)定。在熱噴涂防腐涂層中，電弧噴涂鋅鋁合金涂層的地位非常重要，同時也是耐腐蝕性能最為優(yōu)越的涂層之一，其具有非常廣泛的應(yīng)用范圍、十分理想的性能以及比較優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用，電弧噴涂鋅鋁合金涂層比較適用于室外大型工程結(jié)構(gòu)的防護(hù)。通過進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，電弧噴涂鋅鋁合金土層能夠充分發(fā)揮鋁涂層的鈍化保護(hù)作用、鋅涂層的陰極保護(hù)作用，同時，也有利于降低氧化鋅煙霧、氧化燒損對環(huán)境及人體造成的影響，在很大程度上提升了涂層沉積效率，從而有利于延長金屬材料的使用壽命，也有利于減少金屬材料的維護(hù)與保養(yǎng)成本。未來發(fā)展中，鋅鋁合金涂層有可能將會逐步取代傳統(tǒng)的油漆等重防腐涂料，在金屬材料的防腐保護(hù)中得到更好的應(yīng)用。

我國相關(guān)學(xué)者對熱噴涂鋅鋁合金涂層對鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)，多種鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層中，在淡水、海水以及大氣等條件下，只有鋅鋁合金涂層、鋅涂層、鋁涂層可以確保鋼結(jié)構(gòu)的防腐壽命能夠超過20年，同時，鋅鋁合金涂層也比較適用于對一些基礎(chǔ)裝備、基礎(chǔ)設(shè)施的各種大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行防腐保護(hù)[4]。與此同時，也有相關(guān)學(xué)者對電弧噴涂防腐技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究與分析，通過對比分析目前橋梁工程中應(yīng)用比較廣泛的2種防腐技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電弧噴涂鋅鋁合金涂層的免維護(hù)壽命高達(dá)20年至50年，而重防腐涂料涂層的免維護(hù)壽命僅為15年左右[5]。就現(xiàn)階段來說，我國已經(jīng)將電弧噴涂鋅基防腐涂層、電弧噴涂鋁基防腐涂層以及電弧噴涂鋅鋁合金涂層應(yīng)用于數(shù)百座橋梁工程中，且均得到了較為理想的防護(hù)效果。除此之外，還有一些學(xué)者對電弧噴涂技術(shù)在電廠中的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比較于傳統(tǒng)重防腐油漆涂層，電弧噴涂鋅鋁合金涂層在電廠各種循環(huán)管路、鋼結(jié)構(gòu)長效防腐體系中的有效應(yīng)用，不僅可以提升防護(hù)效果，且免維護(hù)壽命高達(dá)30年以上，同時，在30年的免維護(hù)壽命之后，維護(hù)工期相對較短，維護(hù)難度也相對較小，因此得出結(jié)論為電弧噴涂鋅鋁合金涂層可以得到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的雙贏。

3 結(jié)語

綜上所述，電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀及防腐機(jī)理，是目前我國熱噴涂長效防腐涂層工藝技術(shù)研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)重點(diǎn)。相比較于純鋁涂層、純鋅涂層以及傳統(tǒng)重防腐油漆涂層，鋅鋁合金涂層的耐腐蝕性能更好，基于這樣的原因，相信在接下來的發(fā)展中，電弧噴涂鋅鋁合金涂層會有更加廣闊的發(fā)展前景。

[1]彭欣,劉園園,張勍.電弧噴涂長效復(fù)合金屬涂層防腐應(yīng)用進(jìn)展及趨勢[J].山東化工,2016，(22)：57-59.

[2]黃金.電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].化工管理,2016，(26)：166.

[3]梁國,魏偉,王玉純,賈傳寶,張婧,常德春.超音速電弧噴涂鋅鋁合金涂層的制備及在海水中的腐蝕行為研究[J].全面腐蝕控制,2014，(09)：55-56+81.

[4]黃鈺,程西云.電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機(jī)理和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].熱加工工藝,2014，(04)：9-11+16.

[5]劉安強(qiáng),肖葵,董超芳,王恩清,魏丹,高瑾,李曉剛.電弧噴涂鋅鋁偽合金涂層的耐中性鹽霧腐蝕性能[J].材料保護(hù),2011，(12)：12-15+3.

王金輝(1988- )，男，浙江人(原籍河北)，助理工程師，本科，主要從事汽車輪轂表面噴涂研究工作。